Евгений Фейнберг - Эпоха и личность. Физики. Очерки и воспоминания

Но особенное значение имела обширная и важнейшая работа Тамма о природе ядерных сил. Естественно, что протон-нейтронная структура ядра ставила вопрос о том, какими силами частицы удерживаются вместе. Ведь, кроме гравитационных и электромагнитных сил, тогда других сил не знали. Даже само предположение о том, что есть какие-то еще силы, было невероятно смелой фантазией. Как пишет в своей статье Игорь Евгеньевич, «сразу после открытия нейтрона в 1932 г. Гейзенберг высказал предположение, что взаимодействие протона с нейтроном обязано обмену электрическим зарядом». Обратите внимание — опять только электрическим. Но о механизме обмена ничего нельзя было сказать. Однако в 1934 г. Ферми дал свою замечательную теорию β-распада, как процесса испускания нуклоном пары электрон + нейтрино. Этого было достаточно, чтобы Игорь Евгеньевич немедленно выдвинул идею о том, что нуклоны (тогда этого термина, конечно, еще не употребляли) взаимодействуют через обмен такими парами и их антипарами. Это было допущение совершенно новых сил, помимо гравитации и электромагнетизма.

Он немедленно принялся за расчеты, производил их по ночам во время Харьковской конференции и получил обескураживающий результат: этот обмен действительно дает новый вид сил, и притом, как нужно, короткодействующих, убывающих с расстоянием r , как r –5, но на много порядков более слабых, чем нужно для объяснения устойчивости ядер. Формулу для потенциала взаимодействия Игорь Евгеньевич опубликовал в виде краткого письма в «Nature» и был чрезвычайно огорчен неудачей.

В течение двух последующих лет Тамм безуспешно рассматривал другие варианты реализации этой своей идеи. В 1934 г. Игорь Евгеньевич заканчивает статью меланхолической фразой: «Представляется бессмысленным дальнейшее исследование огромного разнообразия возможностей такого рода без знания каких-то общих принципов, которые пока еще не открыты». Я сам помню это его настроение. Он посылал статью в печать «через силу».

Однако он был неправ. Таммовская теория β-сил описывает реально существующие так называемые слабые силы между нуклонами (и эти силы были несколько десятилетий спустя обнаружены на опыте), но не они определяют устойчивость атомных ядер.

Очень скоро, в 1935 г., Юкава, прямо ссылаясь на работу Тамма, выдвинул смелую идею, согласно которой ядерные силы обусловлены обменом тогда еще не известной, гипотетической частицей с массой порядка одной трети массы нуклона — мезоном. Теперь мы знаем, что это пион. Исходным пунктом для Юкавы была идея Игоря Евгеньевича о межчастичных силах, обусловленных обменом частицами, имеющими массу.

Итак, за какие-нибудь 6-7 лет Тамм опубликовал три цикла работ: по рассеянию света твердым телом (введя при этом понятие квазичастицы, фонона) и электроном (включая аннигиляцию электрона с дыркой, доказав необходимость дираковских отрицательных уровней энергии); по квантовой теории металлов (предсказав существование поверхностных «уровней Тамма» и объяснив фотоэффект на металле) и по ядерной физике (высказав утверждение о наличии магнитного момента у нейтрона и, главное, дав теорию ядерных β-сил).

Это сразу принесло ему признание, уважение мирового сообщества физиков. Как говорил мне Б. Понтекорво, его высоко ценил Ферми. С ним дружил и работал вместе Дирак. Эренфест предлагал его в качестве своего преемника по кафедре, которую до него занимал Лоренц. Оценили его и наши физики: в 1933 г. Игорь Евгеньевич был избран членом-корреспондентом АН СССР, у него установились хорошие отношения с Л. Д. Ландау и В. А. Фоком, старая дружба связывала его с Я. И. Френкелем. Но завоевал он также репутацию «буржуазного идеалиста» среди наших марксистских философов и физиков-реакционеров.

Было вполне естественно, что когда С. И. Вавилов организовал (после переезда Академии наук СССР в Москву в 1934 г.) Физический институт им. П. Н. Лебедева (ФИАН) и пригласил туда лучших московских физиков, среди них был и Игорь Евгеньевич, организовавший и возглавивший Теоретический отдел. Он руководил им до смерти. Отдел носит теперь имя И. Е. Тамма. Очень скоро он перенес туда из университета свой еженедельный семинар и вообще сосредоточил здесь свою деятельность.

И в это время вторгся совсем новый эпизод. В 1933 г., как уже говорилось, аспирант Вавилова, исключительно тщательный и внимательный экспериментатор П. А. Черенков, изучая по заданию Вавилова свечение растворенных в жидкости ураниловых солей, их флюоресценцию под действием γ-лучей радия, с ужасом увидел, что жидкость светится почти так же сильно и без ураниловых солей. Это делало его изучение ураниловых солей безнадежным занятием (как был убежден и он сам). Но С. И. Вавилов сразу заинтересовался «паразитным» свечением и быстро установил, что это новый, не известный ранее тип излучения, испускаемого быстрым электроном, выбитым из атома γ-лучами. Это по некоторым причинам казалось невозможным, вызывало многочисленные насмешки. Но в 1937 г. Тамм и Франк показали, что Вавилов прав, дали физическое объяснение и теорию этого «излучения Вавилова-Черенкова» (на Западе говорят просто «черенковского излучения», оставляя в стороне важную роль Вавилова в этом открытии). Как уже говорилось выше, именно за это открытие Тамм, Франк и Черенков получили в 1958 г. Нобелевскую премию (С. И. Вавилов скончался задолго до того, а посмертно эта премия не присуждается).

Забавно, что в научной биографии Игоря Евгеньевича эта его работа, удостоенная почетнейшей награды, была, по существу, эпизодическим отклонением в сторону. Ведь все эти и последующие годы его главной темой была физика ядра и элементарных частиц.

В основной же интересовавшей его области в довоенные годы заслуживает быть отмеченной одна работа. Дело в том, что когда были открыты (в космических лучах) мюоны и обнаружен их распад, то ошибочно их спин считали равным единице. Тамм обнаружил, что точная полная система волновых функций такой частицы в поле кулоновского центра необходимо приводит к падению частицы на центр. Выход из этого положения возможен, если приписать этой частице конечные размеры, как это предложил Ландау. Ландау считал, что радиус мезона со спином единица должен быть r μ~ e 2/ m μ с 2, где m μ— его масса.

Конечно, это была грубая оценка. Ведь никто не знал, как можно ввести в локальную теорию релятивистскую частицу конечного размера. Тем не менее она вместе с выводом Игоря Евгеньевича о падении на центр в точной теории послужила для Ландау и Тамма основанием для гипотезы, что такой мезон падает на протон, пока не достигнет расстояния порядка r μ. А на таком расстоянии энергия электромагнитного взаимодействия мезона и протона имеет порядок, нужный для ядерных сил. Согласно этой гипотезе, нейтрон, например, состоит из протона и отрицательно заряженного мезона со спином единица. Эта работа двух крупнейших теоретиков ярко показывает, в каком глубоком тумане пробивались физики к пониманию природы ядерных сил, какие далекие от истины гипотезы они иногда выдвигали. Вплоть до открытия пионов положение оставалось тупиковым.