Время вспять, или Физик, физик, где ты был - Анатоль Абрагам

Однако Паунд не падает духом и после участия в БПП изобретает новый детектор ЯМР, очень простой и эффективный, известный в литературе под названием «Коробка Паунда» (Pound box), с помощью которого он первым обнаруживает влияние квадрупольного момента ядра на ЯМР. Наконец, вместе с Парселлом он вводит понятие «отрицательной спиновой температуры», о которой будет речь дальше. Добавлю еще, что он очень хорош собой (вернее, был тридцать пять лет тому назад), с чисто британской элегантностью, которую он поддерживает частыми поездками в Алглию. У него трудный характер, у меня тоже, но только за известным порогом. Когда переступался этот порог, возникали бури, о которых я говорил. Он часто меня упрекал: «Вы не слушаете, что я говорю, а только ждете, чтобы я замолчал, чтобы сказать то же самое». В этом была доля правды, но виной была его сложная и порой канительная манера выражаться, из которой было нелегко извлечь содержание. Я отвечал, что он должен быть доволен тем, что, по крайней мере, я его не перебиваю.

Мы с Паундом работали вместе над этой задачей. Вот в чем дело. Когда радиоактивное ядро испускает один квант за другим, направление испускания первого становится определяющим для спина ядра в его промежуточном состоянии и угловое распределение второго кванта по отношению к этому направлению не изотропно. Эта связь между направлениями двух последовательных излучений и есть угловая корреляция. Из ее изучения можно извлечь информацию о спинах ядра в разных состояниях во время каскада и о мультиполярности различных квантов. При этом предполагается, что направление ядерного спина в промежуточном состоянии не возмущено разными полями, которые этот спин может «увидеть» за свое время жизни, будь эти поля электрическими или магнитными, внутренними или внешними, постоянными или переменными.

Эффекты постоянного магнитного поля, как и изотропной сверхтонкой структуры, были известны раньше. Но никто не знал лучше меня, как может отличаться сверхтонкое взаимодействие в веществе, находящемся в конденсированном состоянии, от его вида в свободном атоме, и никто не знал лучше Паунда, что ядра имеют квадрупольные моменты, которые взаимодействуют с градиентами электрических полей в материи. Наконец, никто не изучал действия переменных полей. В нескольких письмах в «Physical Rеview» и затем в обширной статье, опубликованной в 1953 году, мы дали полную теорию возмущенных угловых корреляций, которая, несмотря на прошедшие тридцать пять лет, мало отличается от ее сегодняшней формы. В частности, мы объяснили, почему возмущение корреляций значительно слабее в жидких радиоактивных источниках, чем в твердых. Это такое же явление, как и «сужение благодаря движению», хорошо известное в ЯМР. В жидкостях возмущающие внеядерные поля колеблются очень быстро, гораздо быстрее, чем в твердых телах, и их возмущающее влияние на ориентацию ядерного спина, усредняется почти до нуля.

Во время этой работы я нашел несколько слабостей, неточностей и даже просто ошибок в БПП, вполне естественных для пионерской статьи, и воспользовался нашей работой, чтобы представить теорию ядерной релаксации в более сжатой и более элегантной форме, которая нашла впоследствии свое окончательное выражение в монографии «Принципы ядерного магнетизма». Одновременно я размышлял о более общей проблеме квантовой статистики — о переходе от уравнения Шредингера, которое орудует амплитудами вероятности, к уравнению Больцмана (или его обобщению, так называемому «основному» уравнению), которое оперирует самими вероятностями.

Паунд уверял, что с тех пор, как люди занимаются квантовой статистикой, они не могли не поставить себе этой задачи и, наверное, уже решили бы ее, если такое решение существует. Мне не хотелось терять времени на библиографические поиски, и я послушался его. Напрасно, как оказалось, но я виноват сам. Альфред Редфилд и Феликс Блох изучили эту проблему независимо друг от друга и пришли к одинаковому заключению, к которому, наверное пришел бы и я, если бы взялся за это дело. После моего мертворожденного доклада в Мэриленде я больше не попадался на такого рода советы. Во всяком случае, приехав в Гарвард как господин «Сверхтонкая структура», я вернулся домой как господин «Возмущенные угловые корреляции».

Вначале наша теория была исключительно вспомогательным средством для физиков-ядерщиков, изучавших мультиполярность излучений и значения ядерных спинов, учитывая поправки, обусловленные влиянием внеядерных полей, но со временем она стала орудием физиков твердого тела, интересующихся свойствами самой среды, окружающей ядро. Когда я вернулся во Францию, два молодых физика из КАЭ — Пьер Леман и Антуан Левек — изучали угловые корреляции в жидких источниках. Я посоветовал им капнуть глицерина в их источник и посмотреть, что произойдет. Они решили, что я сошел с ума (как могла капля глицерина повлиять на ядерное явление?!), и …были ошеломлены исчезновением корреляции. Объяснение было простым: глицерин увеличивал вязкость жидкости и замедлял скорость колебаний внеядерных полей, делая их более эффективными для разрушения корреляции. (Пьер Леман, с которым мы припоминали это недавно, т. е. тридцать пять лет спустя, не отрицает результата, но уверяет, что они читали нашу статью и вполне ожидали то, что произошло. Я же, конечно, предпочитаю свой вариант истории.)

Чтобы покончить с ЯМР в Гарварде, я хочу описать еще одно событие, которое должно было сыграть важную роль в будущей моей деятельности. Альберт Оверхаузер (Albert Overhauser), молодой теоретик Иллинойского университета, сделал следующее предсказание: в металле, где, как известно, механизмом ядерной релаксации является связь ядерных спинов со спинами электронов проводимости, насыщение ЭПР последних должно привести к громадному увеличению ядерной поляризации. Не стану объяснять сейчас смысла этой фразы, потому что вернусь к этому вопросу в другой главе. А пока скажу лишь две вещи. Во-первых, эта работа произвела на меня замедленное действие, направив мои размышления к вопросу, занимавшему меня много лет: ядерная динамическая поляризация.

Во-вторых, слушатели Оверхаузера на собрании Американского физического общества, где он представил (за десять минут) рассуждения, которые привели его к этому изумительному заключению, сразу разделились на две части: одни не поняли ни слова из его доказательства, другие не поверили ни слову из его заключения. В первом ряду скептиков, которые не поверили заключению, блистали светила магнитного резонанса: Блох и Парселл, Раби и Рамзей. Бломберген сомневался, я тоже. Главным вопросом был, конечно, «прав ли Оверхаузер?».