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

Перед тем как расстаться с гигантскими машинами, где я «сижу не в своих санях», напомню, как урок для авторов грандиозных проектов, о грустной истории фазотрона в Дубне, машины (строительство которой было начато в 1949 году и предусматривало мягкую фокусировку), которая мечтала стать самой великой в мире, но оказалась лишь самой тяжеловесной, «линкором» в 35000 тонн. В 1953 году, когда появилась жесткая фокусировка, единственным разумным решением было бы отказаться от злополучного «динозавра» и построить новую машину. Я думаю, что моим советским читателям понятен сарказм, изливаемый бедными советскими физиками высоких энергий на это неуклюжее животное, с которым они должны были мириться. «У нас самая большая пушка, которая никогда не стреляла, самый большой колокол, который никогда не звонил, и самый большой ускоритель…» Фазотрон лишь один пример абсурдного мышления, согласно которому, если какое-либо строительство перевалило за половину, его уже нельзя не довести до конца, даже если его нелепость стала очевидной для всех. Это, конечно, может случиться и случалось в любой стране. Английский «Нимрод» не так далек от фазотрона в Дубне.

Нам тоже не стоит заноситься. В семидесятых годах в Париже в квартале Ла Вилет (La Villette) начали строить гигантскую скотобойню. Авторы проекта полагали, что со всех концов Франции сюда будут привозить на убой живой скот. Безумный проект, наконец, остановили, но уже был построен исполинский «холл», где должны были толпиться легионы рогатых. Единственным разумным шагом было бы снести его и посыпать пеплом его руины. Но разве мыслимо не использовать грандиозное здание! Чтобы оправдать холл, который обошелся в миллиард франков, в помещении, для этого не предназначенном и совсем для этого не подходящем, соорудили грандиозный Музей науки. Предприятие обошлось в 5 или 6 миллиардов франков, а его содержание стоит больше миллиарда в год. Музей науки — конечно, прекрасная вещь, но своим масштабом он обязан дурацкому скотному холлу. За полцены можно было бы построить полдюжины прекрасных музеев для главных городов страны. Но надо было использовать холл!! Еще пару слов про еще один гигантский проект. В моем возрасте можно оставить излишнюю осторожность тем, кто еще должен заботиться о своей карьере, и я позволю себе удовольствие сказать, что я думаю об американском проекте ССК с энергией 20 ТэВ и радиусом 80 километров. Я не страдаю манией величия и прекрасно понимаю, что ничто из того, что я скажу или напишу не может иметь ни малейшего влияния на судьбу этого чудовища, которая будет решена, когда появятся на свет эти строки. Все равно. Я считаю, что этот неуклюжий и грандиозный проект недостоин великой американской нации. Я не вижу в нем ни одной новой идеи. ССК — не что иное, как двадцать теватронов, каждый из которых уже самая большая машина в мире, расставленных один за другим.

Можно употребить следующее сравнение: представьте себе, что в начале пятидесятых годов, т. е. до открытия транзистора, собрались бы построить суперкомпьютер в двадцать раз более мощный, чем наибольший из существующих тогда, увеличивая в двадцать раз число электронных ламп. Вот, по-моему, что такое ССК.

Вручив властям доклад Группы Орбиты, я вернулся к мыслям о самой «легкой» области физики, т. е. к ядерным спинам; в частности, к задаче, которой суждено было меня занимать в течение немалой части моей жизни: ядерная поляризация и ее применения.

*Если методы ЯМР позволяют сегодня «видеть человека насквозь», то прежде всего потому, что под влиянием магнитного поля пациент, введенный в широкий зазор томографического магнита (как и любой образец в любом магните), приобретает так называемую ядерную поляризацию, т. е. избыток ядерных магнитных моментов, направленных вдоль магнитного поля по сравнению с теми, которые направлены ему навстречу. (Поляризация равна единице, когда все спины параллельны полю.)

Ядерная поляризация зависит от абсолютной температуры образца: чем выше температура, тем эффективнее беспорядочное тепловое движение противится действию магнитного поля, которое старается выстроить все ядерные магнитные моменты параллельно себе. При полях, встречающихся в лабораториях ЯМР, при комнатной температуре образец, например наш пациент, будет обладать протонной поляризацией не выше нескольких миллионных долей. Но для подавляющего большинства применений ЯМР этого вполне достаточно.

Но есть в физике задачи, которые требуют ядерной поляризации гораздо большей: например, излучение радиоактивных ядер. Выше говорилось об угловых ядерных корреляциях: испускание первой частицы создает привилегированное направление, по отношению к которому угловое распределение второй частицы обладает анизотропией, из которой можно извлечь полезную информацию. Но физикам-ядерщикам иногда желательно создать анизотропию прямым путем, не прибегая к угловым корреляциям, что может быть достигнуто благодаря высокой поляризации спинов радиоактивных ядер.

Подход к этой задаче возможен с двух концов: понижением температуры и повышением поля. И в обоих направлениях надо пройти довольно далеко, если желательна поляризация порядка единицы. Чтобы перейти от поляризации в несколько миллионных долей до, скажем, нескольких процентов, можно, например, понизить температуру от комнатной до 1 К и повысить поле от 1 до 100 Тл. В 1954 году, о котором сейчас идет речь, первое легко достигалось откачкой паров жидкого гелия, но второе не достигнуто и до сих пор. Поэтому в 1948 году голландцем Гортером и американцем Роузом (Rose) был (независимо друг от друга) предложен иной способ. Использовалось очень высокое сверхтонкое поле, создаваемое магнитными электронами парамагнитного атома в том месте, где находится ядро. Остроумное изменение этого метода, предложенное Блини в 1951 году, вскоре сделало возможным первое наблюдение в Оксфорде анизотропного излучения радиоактивного кобальта. Меня терзало то, что не был в Оксфорде, когда там производились исследования, столь близкие моим собственным интересам.

Другой проблемой, о которой я размышлял, было точное измерение с помощью ЯМР магнитного поля Земли, очень важное для геофизики. Его малая величина, менее 0,5 Гс, приводит к протонной поляризации менее одной миллиардной, недоступной для ЯМР.*

Я изучал все публикации о ЯМР и мечтал о своей собственной лаборатории, где я мог бы испробовать идеи, которые приходили мне в голову. Я заразил своим энтузиазмом своего лучшего сотрудника в Группе Орбиты Ионеля Соломона. Я сговорился с Парселлом и Паундом насчет его пребывания в Гарварде в течение года и добился его командировки туда администрацией КАЭ. Мы надеялись иметь первый набросок лаборатории к его возвращению.