Ирина Радунская - Проклятые вопросы

Так просто и непринуждённо Родак добилась эффекта, ради которого многие учёные шли на ухищрения и сложности!

Вынужденное излучение парамагнитных кристаллов в диапазоне сантиметровых радиоволн наблюдалось до тех пор только в мазерах, в приборах, где искусственно создавались условия, вынуждающие атомы излучать радиоволны. При этом (по предложению Басова и Прохорова) использовались две спектральные линии — так называемая система «трёх уровней» энергии. Эффективная, но довольно сложная система воздействия на атомы, целью которой было одно: заставить атомы излучать или усиливать радиоволны.

Для этого атомы должны поглощать радиоволны на более высокой частоте, чем частота тех радиоволн, которые подлежат усилению или излучению атомами.

Родак фактически указала на возможность получения непрерывно действующего мазера в пределах одной спектральной линии. Всем, кто хоть как-нибудь соприкасался с мазером, такой эффект казался совершенно невозможным.

Сотрудники Родак, первыми узнавшие об этом предсказании, отнеслись к нему с должным недоверием, но, разобравшись, поняли: так должно быть. Вопрос лишь в том, можно ли создать условия, при которых неожиданное явление станет доступным наблюдению?

Экспериментальную часть работы взял на себя младший коллега Родак, сотрудник той же Лаборатории квантовой радиофизики ИРЭ, Вадим Ацаркин (эта работа стала частью его докторской диссертации, которую он блестяще защитил). Ацаркин уже имел необходимый опыт в этой сложной области физического эксперимента и понимал, что цели легче достигнуть, воздействуя на парамагнитный кристалл мощными кратковременными импульсами радиоволн. В промежутках между импульсами Ацаркин наблюдал за поведением спектральных линий на экране осциллографа при помощи маломощного генератора радиоволн. Частота его плавно изменялась от малых значений частоты колебаний к большим, а затем скачком возвращалась к начальному значению.

Конечно, не сразу осциллограф показал ему кривую, порождённую расчётами Родак. Но Ацаркин преодолел все препятствия, неизбежно возникающие перед экспериментатором. Его задача существенно облегчалась тем, что он знал, что следует искать, знал, осциллограф должен рано или поздно вычертить кривую, подобную построенной в тетради Родак. И она появилась. Её рисовал на экране осциллографа электронный луч, смещавшийся слева направо в то время, как частота маломощного сигнального генератора радиоволн изменялась от меньших значений частоты колебаний в сторону больших значений.

Спектральная линия, имевшая на экране осциллографа вид симметричной горки, искажалась, если одновременно выполнялись два условия: частота мощного вспомогательного импульсного генератора радиоволн была выбрана так, что она лежала на одном из склонов спектральной линии, и при этом его мощность была достаточно велика. При выполнении обоих условий симметрия спектральной линии нарушалась. На том её склоне, на который воздействовал сигнал вспомогательного импульсного генератора, возникал провал. Если этот генератор оказывался на том крыле спектральной линии, на которое сигнал основного генератора попадал после прохождения вершины спектральной линии, то картина становилась ещё более удивительной. Это крыло после воздействия импульса искажалось настолько, что изображающая его кривая опускалась ниже нулевой линии осциллографа. Так реализовывалось предсказание Родак: на крыле спектральной линии поглощение становилось отрицательным. А отрицательное поглощение это не что иное, как усиление. Усиление, наблюдаемое в пределах одной спектральной линии, если только она подвергается достаточно сильному воздействию мощного импульсного генератора.

Такие кривые были получены Ацаркиным и Родак не только в опытах с атомными ядрами, но и с электронами. На них они воздействовали сантиметровыми волнами, дав надежду на новые возможности использования этого метода в практике физического исследования.

Серия экспериментов Ацаркина была столь впечатляюща, что их повторили и полностью подтвердили в Лейденской лаборатории, а затем и в других научных центрах.

Блумберхен, побывав в Москве и ознакомившись с работами Родак и Ацаркина, высоко оценил их и признал эффективность провоторовского подхода к исследованию парамагнитных веществ. Поехав после этого в Грузию, он рас сказал о новых работах грузинским физикам. Так бывает в науке: личное общение даёт много больший эффект, чем чтение статей. Может быть, тбилисские теоретики и были знакомы со статьями москвичей. Но по-настоящему заинтересовались новой областью лишь после беседы с Блумберхеном. Толчок был дан, грузинские физики связались с московскими и включились в развитие провоторовских идей. Группа физиков во главе с членом-корреспондентом АН Грузинской ССР Г. Р. Хуцишвили сумела глубоко развить многие аспекты теории, подход к которым без использования идей Провоторова был невозможен. Им так же, как и московским физикам, удалось предсказать и наблюдать в этой области несколько тонких эффектов, придавших явлению более общее значение.

Особенно привлекло внимание учёных математическое изящество дополнений, сделанных тбилисскими физиками, испытывавших на себе плодотворное влияние прославленной школы грузинских математиков. Их сложные физические исследования обычно бывают оформлены с безукоризненной математической аккуратностью. Своей главной задачей в данном вопросе они сочли создание более простой математической модели явления и более простого эксперимента.

Хуцишвили вместе с Л. Л. Буишвили и другими своими учениками и сотрудниками и раньше успешно развивал направление, которое учёные называют динамикой спиновых систем. Их метод, по существу, описывает движение атомных магнитиков под влиянием различных воздействий. Им удалось многого достичь при помощи традиционных методов. Но провоторовский подход позволил продвинуться значительно дальше туда, где прежние методы оказываются неэффективными.

Затем в этом коллективе появились и экспериментаторы, сумевшие в сотрудничестве с теоретиками исследовать ряд тонких эффектов, ускользавших от других учёных.

Идеи Провоторова получили отзвук и на родине пара магнитного резонанса — среди казанских физиков, и во многих зарубежных лабораториях. В работе над физическими следствиями, вытекающими из провоторовских идей, открывалось большое поле деятельности.

На этом провоторовский подход не исчерпал скрытых в нём возможностей. Родак и Ацаркину удалось совершить ещё один прорыв в прочно устоявшейся и ставшей традиционной области физики.