№7, 2004 г.
ЛУЧ СВЕТА В ЦАРСТВЕ ЧАСТИЦ
К 100-летию со дня рождения П.А.Черенкова
Павел Алексеевич Черенков (1904-1990)
Находясь в Париже, В.И.Вернадский в 1924 г. писал своему другу И.И.Петрункевичу: "Любопытны указания, которые я имею с разных сторон в области точного знания, на появление молодых талантов из народной среды. Может быть, в этом - главная возможность возрождения... Возрождение зависит от неизвестных нам законов появления больших личностей".В том же 1924-м начался путь к известности парня из деревенской глубинки, выбравшего своей судьбой физику и ставшего спустя десятилетия лауреатом Нобелевской премии.
В 1934 г. П.А.Черенков (1904-1990), начав работать в ФИАНе под руководством С.И.Вавилова в качестве аспиранта, совершил открытие, сыгравшее важную роль в развитии эксперимента в физике элементарных частиц - обнаружил излучение света "быстрыми электронами" (т.е. электронами, имеющими скорости, превышающие скорость света в среде). Теоретическое объяснение его природы дали И.Е.Тамм и И.М.Франк, разделившие с П.А.Черенковым высшую в мире научную награду, присужденную в 1958 г. всем троим "за открытие и интерпретацию эффекта Черенкова". У нас чаще говорят "эффект Вавилова-Черенкова". Это восстанавливает справедливость по отношению к Вавилову как руководителю работы и ученому, сделавшему ряд важных предложений в ходе анализа обнаруженного излучения, но не умаляет заслуг Черенкова, которому судьба безошибочно доверила роль первооткрывателя. Павел Алексеевич обладал неповторимой совокупностью исключительно важных для экспериментатора качеств.
Открытие Черенкова довольно быстро обратило на себя внимание специалистов из разных стран, а когда началось стремительное развитие его практических приложений, прежде всего благодаря черенковским счетчикам элементарных частиц, его имя стало едва ли не самым часто упоминаемым в работах по экспериментальной физике.
Научная изоляция СССР помешала более раннему выдвижению Черенкова на соискание Нобелевской премии. Хотя теперь известно, что по меньшей мере одна такая попытка была. В 1952 г. кандидатуру Черенкова предлагал Леон Розенфельд, известный физик-теоретик, в то время профессор Манчестерского университета. При этом он отмечал трудности с представлением текстов работ, описывающих эффект Черенкова, и смог приложить только их список. Однако со временем положение изменилось. Наша страна и ее наука больше открылись миру. В 1958 г. П.А.Черенков, И.Е.Тамм и И.М.Франк стали первыми физиками нашей страны - лауреатами Нобелевской премии.
Хочется надеяться, что читателям очерков и статей, которые мы публикуем, будет интересен и эффект Черенкова, и феномен самого Черенкова. В заключение добавим, что с 1999 г. РАН присуждает премию им.П.А.Черенкова за выдающиеся достижения в экспериментальной физике высоких энергий.
Заметки к семейной хронике
Е.П.Черенкова,
кандидат физико-математических наук
Физический институт им.П.Н.Лебедева РАН
МоскваПосвящаю памяти моего брата Алеши
В очерке об отце, Павле Алексеевиче Черенкове, можно было бы придерживаться сухих фактов. Надеюсь, неизбежные отклонения оживят ее.
В ленинградском общежитии Академии наук для аспирантов декабрьским вечером 30-го года за новогодним столом - хоть на столе и стояло четыре рюмки, - но собрались трое: Вера Зажурило, Павел Черенков, Андрей Пупыкин. Корни их знакомства вели в Воронежский университет. Павел с Андреем и одновременно учились в университете, и были земляками - родились и выросли в селе Новая Чигла, что в ста километрах от Воронежа. Вера училась в Воронежском университете на одном курсе и отделении с подругой Марией Путинцевой. Именно для Марии, невесты Павла, предназначалась четвертая рюмка.
Но в тот вечер ее не могло быть за их столом... Много событий стояло позади этого небольшого застолья в их еще молодой жизни. Радости и беды, везение и невезение, закономерности и случайности... Позади. А впереди...
Павел родился в самом начале XX в., 28 июля 1904 г. Отец его, Алексей Егорович, был по-крестьянски умелым и ловким человеком. Вел вместе с женой домашнее хозяйство, держал дом-шестистенку, крупную и мелкую скотину, имел собственную продовольственную лавку, ездил в извоз за продуктами для своей торговли, плотничал, в период 1914-1917 гг. был мобилизован в армию и выслужил чин поручика. Семья жила небедно. Впрочем, село, расположенное в полосе черноземья, еще до 1861 г. - отмены крепостничества - считалось достаточно богатым. Жители его были государственными крестьянами, не знавшими больших поборов или притеснения со стороны властей. Позднее, когда в тех краях прошла железная дорога, расстояние до нее и связь были такими, что о городских новостях узнавали больше по слухам. Вместе с тем село было заметное - с заводами мериносовых овец, битюговых лошадей, сахарным и маслобойным.
О матери Павла Алексеевича, Марии Павловне Прытковой, известно немного. Она умерла, когда моему отцу было два года. Крестьянин не может жить без хозяйки в доме. Алексей Егорович женился. Рождались дети. При высокой детской смертности того времени выжили и выросли пятеро - Мария, Павел, Варвара (от первого брака), Екатерина и Татьяна (от второго). Мальчик оставался единственный. Позднее сестры вспоминали, что мачеха не была одинаково ровна со всеми детьми. У падчериц остались обиды на всю жизнь. Так же не хватало душевного тепла пасынку. Возможно, это наложило отпечаток на его характер. Мачеха прятала его зимнюю шапку, чтобы не ходил в школу, а занимался мужскими домашними делами. Приходилось иногда убегать без шапки.
Самым большим увлечением стали книги. В селе была библиотека - единственная на весь Бобровский уезд Воронежской губернии. (Это ли не везение?!) Чтение при отличной памяти дало мальчику настолько широкий кругозор, что его познаниям потом удивлялись его уже взрослые сотоварищи.
Из-за гражданской войны учеба прошла в два этапа. После окончания церковно-приходской школы, когда в селах и городах настали годы многократных фронтовых действий и вылазок банд, годы безвластия и неразберихи (голодное время!), Павел работал чернорабочим, конторщиком. Затем доучивался в школе-гимназии, переведенной в село из Боброва. Учителя отмечали его способности, прочили большое будущее.
После окончания в 1924 г. школы он поступил на физико-математическое отделение Воронежского университета. Студенческое и преподавательское окружение, городская жизнь, по его словам, оставили самое яркое впечатление. Стипендия была небольшой, приходилось подрабатывать уроками, разгрузкой вагонов, в каникулы, во время наездов домой, - счетоводом на мельнице.
По окончании университета - преподавание в школах Козлова (Мичуринска). Сюда же на полтора года позже, в 1930 г., приехала воронежская выпускница литературного отделения Мария Путинцева. Здесь они познакомились, здесь начался их совместный дальнейший путь. Красивые, умные, начитанные, трудолюбивые, веселые, верящие в широкие горизонты, раскрывающиеся перед страной и молодежью. Летом по путевке они объехали Крым. Прочитав объявление в газете, Павел написал заявление о приеме в аспирантуру в ленинградский Физико-математический институт Академии наук, прошел собеседование и был принят.
Прекрасное будущее, которое вскоре должно было наступить, встречало на своем пути самые неожиданные и даже странные события и препятствия. Когда до села Новая Чигла дошла коллективизация, Алексея Егоровича как зажиточного крестьянина лишили избирательных прав и осудили на два года высылки. В этих черных списках оказался было и Павел. Но в ту пору он не был постоянным жителем села, его фамилию зачеркнули. Можно сказать, повезло.
Отец Марии Путинцевой, профессор-филолог Воронежского университета, краевед и этнограф, был в ноябре 1930 г. арестован по "делу краеведов" и осужден на 5 лет лагерей. Это большой судебный процесс, по которому проходило более 90 человек.
С осени 1930 г., после зачисления в аспирантуру, Павел стал жить в Ленинграде, а Мария смогла приехать к нему только после окончания процесса, во время которого оставалась рядом с матерью; 30 апреля 1931 г. они зарегистрировали брак.
Последовала проблема: устроиться с жильем в общежитии, добиваться отдельной комнаты - не только для себя и жены. Там же как член семьи поселилась младшая из папиных сестер, Татьяна. (Из-за трудностей деревенской жизни отец забрал ее к себе, еще работая в Козлове.) После того, как моего дедушку Алексея Михайловича отправили в ссылку, в ту же комнату общежития перебралась и бабушка Мария Михайловна - ей некуда было больше деться. Осенью 32-го в семье родился первенец - Алексей, в первые годы жизни очень болезненный ребенок. (Спустя четыре года, уже в Москве, появилась на свет дочь Елена.)
Мария то и дело оставалась без работы. С одеждой было трудно, и все-таки зимнее пальто Павла Алексеевича отправили Алексею Михайловичу. Хлеб, сушившийся на сухари для пересылки в лагерь, покупали на карточки матери Веры Зажурило - той самой, которая встречала с Павлом и Андреем Новый, 1931 год. Примерно здесь наш рассказ перешагнул время новогоднего застолья, с которого он начался.
Что же происходило далее?
Светлой частью того периода стала сама аспирантура. С 1932 г. в аспирантуре Академии началось оживление. Сергей Иванович Вавилов взял к себе трех аспирантов, среди них оказался и П.А.Черенков. Роль Вавилова в своей научной судьбе отец оценивал чрезвычайно высоко. Сергей Иванович предложил каждому выбрать одну из трех тем. Самая простенькая, мало привлекательная, не обещавшая интересных выводов тема - по исследованию люминесценции - досталась Павлу, по-видимому, как самому провинциальному из аспирантов. Что бы позже ни говорили участники и современники научных и околонаучных событий, развивавшихся вокруг одной из аспирантских тем, распределение их было не столько везением для Павла Алексеевича, сколько просчетом всех остальных - тех, кто не взялся за аспирантскую тему Черенкова или не присоединился к теоретическим поискам позднее.
Немного позже, в 1934 г., Институт разделился на Математический и Физический. По воспоминаниям сотрудников довоенного Физического института (ФИАН), в нем хранилась особая атмосфера дружественности, доброжелательства, глубокого интереса к физике, светлой веры в успехи научных трудов. В немалой степени это определялось личностью директора, С.И.Вавилова - глубоко интеллигентного и доброжелательного человека. В 1934 г. в Москву переехала Академия наук, а вместе с ней и Физический институт с сотрудниками.
Уже не раз вспоминали о том, что перед началом опыта по люминесценции Павлу Алексеевичу приходилось подолгу сидеть в комнате без освещения, чтобы глаз адаптировался к полной темноте. Поговаривали, будто аспирант Вавилова занимается спиритизмом. Кое-кто из сильных физиков считал эти опыты ненужными или вовсе чушью.
Аспирант Черенков, при всем своем усердии, точности в исполнении экспериментов, при особом внимании к каждой детали опытов, огромной ответственности за свою работу, испытывал некоторое недоумение: наблюдению люминесценции мешало непонятное добавочное свечение, какой-то фон, избавиться от которого не удавалось никаким способом. Мудрость Вавилова не позволяла сомневаться в том, что занятия "спиритизмом" имеют большой смысл. Однако аспиранту требовалось немало воли и старания, чтобы не потерять веры в свои силы.
В ходе работы по основной теме Павел Алексеевич одновременно изучал и мешающий фон, то голубоватое свечение, которое - вначале к его большой досаде - отвлекало от главного. Защита кандидатской благополучно прошла в 1935 г., но исследования фонового свечения продолжались. Опыты проводились с помощью простейших инструментов - в рамках технических возможностей первой половины XX в. Свойства неизвестного излучения, зафиксированные именно в таких экспериментах, оказались решающими для истинного понимания его природы.
Первая публикация Черенкова по новому виду излучения относится к 1934 г. Одновременно была опубликована статья Вавилова с первоначальной попыткой дать теоретическое объяснение эффекта, принципиально важные свойства которого были обнаружены в экспериментах. Немного позже Сергей Иванович посоветовал И.М.Франку и И.Е.Тамму заинтересоваться таинственным излучением и подсказал круг литературы, которая помогла бы найти ответ. Черенковым был выполнен тот объем экспериментов, который давал полную возможность теоретического описания излучения, а Франк и Тамм в 1937 г. на основе классической электродинамики создали теорию излучения.
Важно также подчеркнуть, что в 1937 г. Черенков опубликовал статью, в которой была выдвинута идея использования излучения для измерения скоростей быстрых электронов. Это позднее привело к созданию многочисленных научных приборов - разнообразных детекторов, названных его именем (о некоторых из них говорят "черенкатор"). Продолжив опыты, Павел Алексеевич подтвердил количественную сторону теории Франка и Тамма. Исследование излучения велось им до 1944 г.
Сначала открытие встретило недоверие. Статью Черенкова не приняли в журнале "Nature", но затем через пару месяцев ее благополучно опубликовал журнал "The Physical Review". Тем не менее Д.В.Коллинз и В.Д.Рейлинг в 1938 г. и Г.О.Виков и Д.Е.Гендерсон в 1943 г. сумели повторить эксперимент. Коллинз и Рейлинг впервые использовали термин "Cherenkov radiation". В тексте о присуждении Нобелевской премии открытие получило название "эффект Черенкова" и так вошло в мировую литературу и повседневную практику.
Отступлю от научной стороны жизни отца. Будет нарушена и хронология событий. В 1932 г. выпустили из лагеря Алексея Михайловича Путинцева. Профессор-филолог вынужден был вместе с супругой скитаться по городам России в поисках работы и хоть какого-нибудь жилья, пусть за печкой. В лагере он потерял здоровье, и весной 1937 г. его не стало. Мама любила своего отца невероятно сильно, и эта потеря отразилась на ее здоровье. Летом 1937 г. арестовывают его брата, священника Михаила Михайловича.
В те же 30-е вернулся из ссылки Алексей Егорович Черенков и некоторое время работал на стройке московского метро. В самом конце 1937 г. его снова арестовывают - по разнарядке. Так рассказал односельчанин, схваченный вместе с ним - тому удалось бежать. Как теперь известно из архивных документов, мой родной дедушка и двоюродный были судимы "тройками", а это, как правило, означало расстрел. На фоне таких семейных событий шла научная работа Павла Алексеевича перед войной.
С началом войны Физический институт довольно быстро эвакуировали в Казань. Нашу семью разместили как подселенцев в комнате довольно большого одноэтажного дома на Большой Красной улице, с русской печкой и "удобствами" на улице. Мы прожили там до весны 1943 г. Вначале с питанием дело обстояло неплохо. Позже стали жить голодно. Иногда, особенно к вечеру, была бы рада самой маленькой крошке хлеба. Как-то фиановцы отправились в провинцию за едой, но вернулись без какой-либо "добычи".
Отец время от времени уезжал в командировки, в Подмосковье участвовал в работах оборонного значения. Мама, как и в Москве, работала в Воениздате, затем на картонажной фабрике клеила коробочки для патронов. Самая тяжелая работа началась позже - сопровождающим продуктовые грузы. Помню, домой она приходила в ватнике и ватных брюках. Очень уставала. Была у нее какая-то многодневная поездка на товарной платформе в небольшом домике с печкой, и особая проблема заключалась в том, чтобы достать дрова и "отоварить" карточки. Семьи научных сотрудников подкармливались огородами, участки раздавали во время войны и в Казани и позже - в Москве.
Возвращение из эвакуации было радостным - домой, в нашу "комфортабельную" коммунальную квартиру. В 1934 г., при переезде из Ленинграда, родители получили две комнаты в большой коммунальной квартире на 2-й Тверской-Ямской, вблизи площади Маяковского (ныне - Тверская). Такие условия считались неплохими. Но по возвращении из Казани пришлось столкнуться с тем, что в московском доме отопительная система не работает. Сооружали "буржуйки", с выводом трубы через форточку. Из мест стыковки труб капал деготь. Таков был быт почти всего города.
В те времена, впрочем, как и в Казани, научные сотрудники имели льготные карточки - на большее число и больший ассортимент продуктов и промтоваров. Получали их в так называемых "лимитных" магазинах. Относительные преимущества создавали чувство "обеспеченности". Однако помню свои дырявые валенки и штопаное зимнее пальто. Для Алеши мама перешивала пальто из дедушкиных вещей. Постепенно тяготы жизни отступали.
В послевоенные годы папина работа, связанная с ускорителями элементарных частиц, была переведена на "закрытую" тематику. В тот же период он преподавал в институтах: сначала в Энергетическом (МЭИ), затем в Инженерно-физическом (МИФИ). Годы шли. Прибавлялись папины награды. Ядерной тематике придавалось особое значение. Наградами отмечались как отдельные успехи, так и юбилеи.
Особенно радостным моментом осенью 1958 г. было присуждение отцу Нобелевской премии (вместе с И.М.Франком и И.Е.Таммом). В стране недавно уже был прецедент - Нобелевскую премию получил академик Н.Н.Семенов. В ту пору эта награда, имеющая высший международный статус, казалась сказкой. В том же 1958 г. премия по литературе была присуждена замечательному поэту Борису Леонидовичу Пастернаку, но он был вынужден от нее отказаться.
Сборы для поездки в Стокгольм по совету сотрудников дипломатического аппарата начались с консультаций. В Москве находилась жена советского посла в Швеции Эра Калмановна Гусева. Она подробно рассказала маме о требованиях к одежде. Мужчинам - фраки, женщинам - платья определенной длины, обязательно с декольте, украшения только натуральные, никаких мехов, даже самых дорогих. Платья не должны повторяться ни на одном приеме. Рассказала о манере держаться в зависимости от титула особы визави. Несмотря на тщательное обсуждение всех условностей, на один из светских приемов мама пришла - по незнанию - без шляпки. Великосветские хозяева и благородные гости, конечно, сделали вид, что этого не заметили.
По правилам Нобелевского фонда лауреаты могут пригласить с собой на празднества родственников и друзей без ограничения их количества. Но мы уже знали, что по неписаным законам того времени даже самые близкие родственники поехать не смогут (ах, как нам этого хотелось!).
С нашими тремя Нобелевскими лауреатами смогла поехать только моя мама. На аэродроме их встречал советский посол и представители Нобелевского комитета. Поселили в Гранд-отеле. Вечером все четверо вышли прогуляться по городу. В вестибюле к ним подошел фоторепортер и попросил разрешения сопровождать их во время прогулки. Так он получил дополнительную, "эксклюзивную" информацию, а мои родители - несколько фотографий, прекрасного качества и интересных. Нобелевские торжества приходятся на предрождественские дни. Витрины магазинов выглядели особенно празднично. Теперь многим трудно представить себе, насколько однообразны и убоги были наши витрины 58-го года. Мама оценила ту жизнь, что увидела в Швеции, так: "Все, как у нас до революции".
Каждому из лауреатов полагался ежедневный гид. Павлу Алексеевичу и Марии Алексеевне помогали разобраться во всех случайных стокгольмских проблемах и сам гид, и его невеста. Торжественную картину вручения премии королем Швеции дополняло присутствие королевской семьи: королевы, ее невестки и трех красивых внучек-принцесс. Принц, современный король, в то время не был на празднестве, потому что ему было только 11 лет *.
* В нашем журнале неоднократно описывались торжества, связанные с вручением Нобелевской премии. См., напр.: Тамм И.Е. О торжественной церемонии в Швеции // Природа. 1995. №7. С.99-102; Блох А.М. Нобелевский фестиваль 1996 года // Природа. 1997. №5. С.81-89.Я не ставила задачи описать полный научный путь Павла Алексеевича. В последующие годы после 58-го его проблемами были научные и научно-организационные. От работ по созданию ускорителей элементарных частиц его отвлекали многочисленные поездки: на научные конференции, совещания научно-организационного характера, по делам Комитета защиты мира, юбилейного характера. Особенно интересными для папы оказались юбилейные торжества, посвященные 350-летию публикации трудов Галилея "Диалоги о двух главнейших системах мира - птоломеевой и коперниковой" и 150-летию со дня рождения Нобеля.Хотелось добавить, что бесконечно любознательная натура отца влекла его в походы, притягивала к чтению книг самых разнообразных, последние годы - к живописи и музыке. Он всегда предпочитал активный отдых. Зимой - лыжи, летом - теннис и прогулки. Теннис был его большим увлечением. Он любил участвовать в соревнованиях, любил натягивать струны на ракетки. Очень любил фотографию - "щелкать" аппаратом и самому печатать снимки. Он оставил огромное количество фотографий (к сожалению, на них мало изображений его самого). На снимках мелькают какие-то "незнакомые" козы, коты, ослики. Он любил животных, любил жизнь, любил людей, хотя не всегда правильно в них ориентировался.
Для него мир всегда был так же необычайно интересен, как в далеком детстве, когда он прикоснулся языком к заиндевевшей ручке двери - это был его первый "научный" эксперимент. Он всегда вглядывался в суть вещей, событий, явлений - как и положено естествоиспытателю. Старался самостоятельно находить ответы, преодолевать встречающиеся трудности.
Последняя его потеря, которую он преодолел с большим трудом, была преждевременная кончина Марии Алексеевны. Оставшиеся годы он радовался внукам - Тане и Андрюше. О последних днях своего отца он так никогда и не узнал. Трудно рассудить, чего в его жизни было больше - удач, невезения, счастья... Но я твердо знаю, чего было много - преодоления.
Вспоминая Павла Алексеевича Черенкова
Б.Б. Говорков,
доктор физико-математических наук
Физический институт им. П.Н. Лебедева
МоскваНачиная со студенческих лет, я не перестаю восхищаться научным подвигом академика П.А.Черенкова, выдающегося физика-экспериментатора, который открыл удивительной красоты явление - излучение заряженной частицы, движущейся равномерно и прямолинейно в оптически прозрачной среде со скоростью, больше фазовой скорости света в ней 1]. Более того, Черенков установил и скрупулезно исследовал все основные свойства нового излучения: универсальность, спектр, поляризацию и, наконец, самое главное свойство нового излучения - направленность - концентрацию излучения в узком конусе с осью в направлении движения заряженной частицы с углом при вершине конуса, описываемым знаменитой формулой:
cosq = 1/bn(w)
Здесь b - скорость частицы в единицах скорости света в пустоте (с), n - показатель преломления среды, зависящий от частоты свечения.
Следует особо выделить важную слагающую открытия Черенкова - его прямое указание на возможное применение нового вида излучения как метода измерения скоростей частиц высоких энергий по порогу излучения 2].
Все опыты Черенкова, проводившиеся с участием его руководителя академика С.И.Вавилова, отличались удивительной простотой и изяществом, ясностью цели и последовательностью. В большей части экспериментов применялся разработанный Вавиловым с учениками метод использования человеческого глаза для количественных измерений световых потоков по порогу зрения 3]. Метод требовал длительной настройки глаза в абсолютной темноте, тщательной подготовки всех деталей установки, которую Черенков осуществлял всегда самостоятельно.
Следует отметить, что впервые использовать человеческий глаз в качестве надежного инструмента для измерения интенсивности светового потока предложил известный естествоиспытатель А.Лавуазье. В 1763 г. тогда еще юный Лавуазье, которому был 21 год, принял участие в конкурсе, объявленном Королевской Академией наук, на отыскание лучшего способа освещения Парижа. Он сопоставлял освещенности, даваемые различными типами фонарей (масляными и со свечами, с рефлекторами и без них) при поисках оптимального варианта освещения города. При этом все свои измерения Лавуазье проводил в темной комнате, обитой черным сукном. На своем собственном опыте он убедился, что человеческий глаз решает задачу оценки освещенности наилучшим образом. Предложения Лавуазье были изложены в капитальном труде и отмечены золотой медалью Королевской Академии наук в 1766 г.
Мне посчастливилось всю жизнь проработать в лаборатории Черенкова. Поэтому многие детали исследований, приведших к открытию эффекта Черенкова, мне стали известными из уст самого Павла Алексеевича. Так, на мой вопрос, как ему удалось впервые увидеть предельно слабое новое излучение, он ответил, что впервые наблюдал новое свечение при проведении фоновых экспериментов. Вавилов поставил перед ним, тогда аспирантом, задачу изучить люминесценцию растворов ураниловых солей при облучении их g-квантами от радиоактивного радиевого источника. Проводя измерения люминесценции упомянутых растворов, Черенков решил посмотреть, не влияют ли на люминесценцию стенки стеклянного стаканчика и сам чистый растворитель - серная кислота. Павел Алексеевич рассказывал, что, заметив свечение стаканчика с чистым растворителем, он очень удивился. Тогда он направился на склад Физического института им.П.Н.Лебедева (ФИАН) и собрал там все прозрачные жидкости. Вернувшись в лабораторию, он повторил опыты по наблюдению свечения с другими чистыми веществами. Все жидкости светились! Причем все примерно с равной интенсивностью (±15%).
Попытки потушить свечение по методам, разработанным Вавиловым с учениками (использование гасящих добавок, нагрев жидкостей и др.), оказались безуспешными - все жидкости светились и все тут! При очередной встрече со своим руководителем Павел Алексеевич подробно рассказал о неожиданном результате измерений фона. В итоге обсуждения появились новые планы и идеи в постановке опытов, доказывающих нелюминесцентный характер излучения, в частности выясняющих роль электронов в получении нового излучения. Так рассказывал Павел Алексеевич о своем первом наблюдении излучения, которое потом получило наименование эффекта Вавилова-Черенкова.
Первая попытка объяснения природы нового излучения была предпринята самим Вавиловым. Исходя из измеренных характеристик свечения, наблюдавшегося Черенковым, Сергей Иванович показал, что наблюдаемый эффект вообще не может быть каким-либо видом люминесценции, так как время его высвечивания <10-10 с, и предположил, что новое свечение есть тормозное излучение электронов в растворителях, возникающих при комптоновском рассеянии фотонов от радиоактивного источника.
Павел Алексеевич мне также рассказывал, как он подготовил к печати первую статью от имени двух авторов (Вавилова и Черенкова), которая содержала и описание результатов проведенных опытов, и возможное теоретическое объяснение природы нового свечения. Черенков рассматривал эту статью как совместную работу со своим руководителем. Сергей Иванович одобрил содержание статьи, но предложил разделить ее на две части: экспериментальную - автор Черенков и теоретическую - автор Вавилов. Это и было реализовано. Во втором томе "Докладов Академии наук" за 1934 г. обе работы были напечатаны одна за другой.
Как же встретила научная общественность открытие нового вида излучения? В течение длительного времени экспериментальные результаты Вавилова и Черенкова вызывали недоверие. В докладе на юбилейной конференции 1984 г., приуроченной к 50-летию открытия излучения, Павел Алексеевич вспоминал, что его эксперименты подчас квалифицировались как занятия спиритизмом в темной комнате.
Известно, что в тот начальный период один из ведущих европейских журналов отказался от итоговой статьи по новому излучению без какого-либо внятного объяснения. Здесь уместно вспомнить известного английского физика О.Хевисайда (1850-1925), который писал: "Опыт научил меня, что если статья отвергнута по неубедительным и общепринятым причинам, то это значит, что статья непривычно оригинальна и хороша. Факт!" [4].
В 1888 г., почти за полвека до фиановских ученых, Хевисайд теоретически открыл "коническое излучение" электрического заряда, движущегося со скоростью, большей скорости света в эфире (пустоте) или в диэлектрике [5]. Далеко не все знают об этой истории и расчете Хевисайда, впоследствии надолго забытого.
Следует заметить, что до создания теории относительности Эйнштейна в 1905 г. ничто не препятствовало рассмотрению движения частиц как в пустоте (эфире), так и в среде со скоростями, равными и большими скорости света. Хевисайд не разделял движение электрона в эфире и в веществе, рассматривая эти две задачи одновременно с учетом диэлектрической постоянной e и магнитной постоянной m как для эфира, так и для среды. Более того, он отмечал, что будет использовать и для эфира постоянные e0 и m0, не полагая их равными 1, как предлагал Герц. Хевисайд подчеркивал, что эфир рассматривается в качестве некой среды, обладающей электрическими и магнитными свойствами, и поэтому считал более физичным оставить для нее обозначения характеристик e0 и m0, как и для любой другой среды. Только после создания теории относительности движение частиц в пустоте и в среде резко разграничились. В первом случае их движение со скоростью больше скорости света в вакууме абсолютно запрещено. Движение частиц со скоростью выше фазовой скорости света в среде вполне допустимо.
Свое открытие Хевисайд сформулировал так:
"Электрическое смещение (индукция) для точечного заряда представляет собою коническую поверхность сзади заряда, сопровождаемую дополнительным распределением внутри конуса. Очевидно, возникают тянущие назад силы, и энергия будет равномерно затрачиваться при постоянном нарастании конуса в его вершине, что целиком покрывается действием прилагаемой движущейся силы. Это то, что я подозревал в 1888 г. и позже разработал в математическом исследовании".Хевисайд также делает замечание, касающееся практической важности своего открытия (26 февраля 1898 г.)."Это может стать практически важным в связи с "катодными лучами" и "X-лучами", поскольку Дж. Дж. Томсон и другие сделали недавно заключение из экспериментов, что скорости заряженных частиц оказываются значительными по сравнению со скоростью света. Если это целиком подтвердится, мы можем надеяться, что увеличение напряжения произведет скорости, превышающие скорость света, если они уже не существуют, и таким образом, приведет к конической теории (the conical theory)".В своих расчетах Хевисайд естественно получил и значение угла при вершине конуса, соответствующее известной формуле cosq = 1/b (у него n=1). Хевисайд в своих работах опередил время на полвека.Черенкова несправедливо и неприлично долго не выбирали в Академию (открытие - 1934-1937 гг., Нобелевская премия - 1958 г., член-корреспондент - 1964 г., академик - 1970 г.). В воспоминаниях о своем отце, выдающемся физике-экспериментаторе XX в., Е.К.Завойском, его дочь Н.Е.Завойская писала: "Однажды летом еще в начале 60-х годов, когда мы делали покупки на Центральном рынке, отец издалека показал мне плотного немолодого мужчину. Запомни, - сказал он, - это живой укор Академии". Слова относились к Черенкову, автору крупного открытия, который в те годы еще не был удостоен звания академика.
Как относились зарубежные коллеги к Черенкову, я могу проиллюстрировать на одном эпизоде, связанном с Сэмуэлем Тингом, американским ученым китайского происхождения, и относящимся к его первому знакомству с Черенковым. Дело происходило в 1970 г. в Дубне, в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ), где проходила Международная конференция по аппаратуре в физике высоких энергий. Участие в ней принимали многие выдающиеся физики-экспериментаторы из разных стран, с том числе и из США: П.Пановский, С.Тинг и др. Присутствовал там и П.А.Черенков.
Сэмуэль Тинг - физик, который к тому моменту стал известен рядом интересных экспериментов на крупнейших ускорителях мира, привлекших к себе внимание мирового сообщества. По этой причине или по складу характера держался он на публике очень уверенно. Может быть, он предчувствовал свои будущие успехи: в 1976 г. он стал Нобелевским лауреатом за открытие в 1974 г. J/y-частицы. Но эти события еще были впереди.
И.Е.Тамм, П.А.Черенков и И.М.Франк. Стокгольм, ноябрь 1958 г.
Черенков, который к тому времени уже давно был Нобелевским лауреатом, напротив, держался очень скромно. Шло заседание в конференц-зале лаборатории теоретической физики ОИЯИ. Черенков выбрал себе место далеко не в первых рядах и посадил меня рядом с собой (это был восьмой ряд, я сидел с краю). В перерыве между заседаниями Тинг подошел ко мне и спросил, не мог бы я познакомить его с Черенковым. Зная демократизм Павла Алексеевича и принятые в ФИАНе нормы общения, я ответил:
"No problems. Пойдемте, я вас познакомлю".
Но не тут-то было. Всегда уверенный в себе Тинг вдруг как-то слегка стушевался:
"Нет, Борис, вы пойдите и спросите у П.А.Черенкова, считает ли он возможным, чтобы вы познакомили меня с ним. Если он согласится оказать мне внимание, подайте мне знак рукой".
Я поднялся и передал просьбу. Павел Алексеевич тоже как-то стушевался, заерзал:
"Борис Борисович, мне как-то неудобно. Может быть, не нужно все это!"
Проявив некие дипломатические усилия, я уговорил Павла Алексеевича и подал знак рукой Тингу. И вдруг произошло что-то необыкновенное. Тинг, который находился у входа в зал заседаний, человек немаленького роста, вдруг изменил позу, принял положение полупоклона, принятого на Востоке как форма выражения уважения, сложил руки ладонями вместе и, "вперив" взгляд в Черенкова, медленным шагами, не меняя позы, стал двигаться к Павлу Алексеевичу. Это было настолько необычно, что все обратили на это внимание. Обсуждения смолкли. Неторопливо Тинг поднялся на восьмой ряд к Черенкову, где и был ему представлен. Затем последовало интересное обсуждение черенковских детекторов, причем Тинг демонстрировал необыкновенное внимание и учтивость по отношению к Павлу Алексеевичу. Так прошла первая встреча этих двух физиков.
Нечто похожее произошло и в Троицке (там расположен филиал ФИАНа), где Черенков познакомился с известным американским профессором Дж.Хабблом. Описывая позднее этот эпизод, Хаббл не находил других эпитетов по отношению к Черенков, нежели легендарный и т.п.
Очень интересно отношение к своим открытиям самого Черенкова. Во время одного из заседаний упомянутой выше конференции, где в каждом докладе звучало его имя: черенковские счетчики, черенковские спектрометры, излучение Вавилова-Черенкова и т.д., Павел Алексеевич наклонился ко мне и тихо сказал на ухо:
"Борис Борисович, вы знаете, мне все время кажется, что все это относится не ко мне. Что где-то, когда-то жил другой Черенков, вот о нем все и говорят".
Правильная теория эффекта Черенкова, которая полностью объяснила все свойства излучения, была создана в 1937 г. на основе классической электродинамики выдающимися учеными ФИАНа И.Е.Таммом и И.М.Франком [6].Они показали, что открытое Вавиловым и Черенковым свечение представляет собой излучение заряженной частицы (электрона), движущейся равномерно и прямолинейно со сверхсветовой скоростью в материальной среде, и получили основную формулу направленности излучения и потерь энергии в единицу времени - знаменитую формулу Тамма-Франка. Все расчеты выполнены ими с учетом дисперсии, т.е. зависимости показателя преломления среды от частоты испускаемого света.
Дальнейшее развитие теории излучения Вавилова-Черенкова связано с именами И.Е.Тамма (временные вопросы излучения), И.М.Франка (использование в теории представления о "длине формирования фотона", введенного Е.Л.Фейнбергом, и др.), В.Л.Гинзбурга (разработка квантовой теории излучения Вавилова-Черенкова), Б.М.Болотовского, В.Н.Цытовича, В.П.Зрелова, г.А.Аскарьяна, А.А.Коломенского и др.
Уже перечисление этих имен показывает, какой повышенный интерес излучение Вавилова-Черенкова вызывало у многих наших известнейших физиков. Исторически так сложилось, что необычайно тесное сотрудничество теоретиков и экспериментаторов обеспечило многолетнюю определяющую роль российской науки в изучении излучения Вавилова-Черенкова.
Литература
1. Вавилов С.И. Свечение Черенкова // Природа. 1991. №3. С.21-23.
2. Зрелов В.П. Излучение Вавилова-Черенкова и его применение в физике высоких энергий. М., 1968.
3. Брумберг Е.М., Вавилов С.И. // Изв. АН СССР. 1933. Серия VII, 919.
4. Appleyard R. Oliver Heaviside - In "Pioneers of electrical communication". 1930.
5. Heaviside O. Electromagnetic theory. L., 1922.
6. Тамм И.Е., Франк И.М. // Докл. АН СССР. 1937. №14.
