"Время вспять, или Физик, физик, где ты был" - читать интересную книгу автора (Абрагам Анатоль)

Ускорители и резонансы

Вернувшись во Францию в 1953 году, я нашел ряд перемен. Лаборатории КАЭ были переведены из Шатийона в новый центр Сакле (Saclay), в двадцати километрах от Парижа, гораздо более просторный. Там сосредоточилась со временем научная деятельность КАЭ, главным образом физиков. КАЭ предоставил мне хорошую квартиру в очень приятном местечке Жиф-сюр-Ивет (Gif-sur-Yvette) в пяти километрах от Сакле. Там проживало много моих коллег, в том числе один из «мушкетеров» — Мишель Трошри — со своей молодой женой Симоной, которая за семь лет нашего пребывания в Жифе родила ему четырех детей и стала близкой подругой Сюзан. Там же я свел дружбу с Жаком Прентки, талантливым специалистом по физике элементарных частиц, который впоследствии сделал блестящую карьеру в ЦЕРН'е, международной лаборатории высоких энергий в Женеве. Не только география изменилась в КАЭ. В новой организации были созданы крупные отделения, называемые департаментами (Départements). Каждый департамент подразделялся на несколько отделений, которые назывались сервисами (Services). Сервис подразделялся на секции (Sections). Несколько департаментов составляли дирекцию, и над дирекциями «парил наш двуглавый орел» — ГА и ВК (Главный администратор и Верховный комиссар).[14] Директор отделения властвовал над начальниками департаментов, которым подчинялись начальники лабораторий, а тем — начальники секций. Иногда встречалось небольшое осложнение — автономные лаборатории, зависящие непосредственно от директора, и автономные секции, которые зависели непосредственно от начальника департамента. Прошу извинения, но без этих подробностей я не смог бы объяснить, как протекала моя служебная карьера в КАЭ.

Одним из новых департаментов был ДИР (Департамент изучения реакторов), возглавляемый Жаком Ивоном и имеющий среди своих лабораторий ЛМФ (Лабораторию математической физики), начальником которой стал Горовиц, а я одним из членов. Программа ЛМФ разделялась на две части: первой была теоретическая физика, которой мы занимались неофициально, до того как застыли новые структуры; вторая (в глазах нашего начальника Жака Ивона самая важная) — участие в строительстве атомных реакторов. Не помню точно, когда к ЛМФ примкнули Клод Блох и Альберт Мессиа после долгого пребывания за границей (Блох — в Копенгагене и Беркли, Мессиа — в Принстоне и Рочестере). Вместе с Мишелем Трошри они составляли в здании ЛМФ крыло «чистой науки». Сам Горовиц, хотя и сохранил некоторый интерес к ней, посвятил себя разработке реакторов, окружив себя для этой цели созвездием молодых блестящих политехников.

Горовиц быстро шел в гору. В 1959 году, когда Ивон стал директором, Горовиц заменил его, возглавив ДИР; в 1962 году Ивон покинул КАЭ, чтобы занять в Сорбонне кафедру де Бройля, и Горовиц стал директором вместо него. Какие мелочи решают судьбы людей! Если бы капризные американские власти решили в 1952 году впустить Горовица вместо меня, мы могли бы поменяться карьерами. С его способностями к теоретической физике, работая с Вайскопфом в Америке, Горовиц наверное сделал бы себе имя в чистой науке и, вернувшись, не захотел бы ее забросить; если бы я остался во Франции вместо него, вполне возможно, что место начальника ЛМФ предложили бы мне и я сделал бы карьеру Горовица. Очевидно, моей планидой было стать профессором в Коллеж де Франс: самодур Чаруэлл помешал мне стать профессором Оксфордского университета, самодур(ша) американский консул впустил(а) меня в Америку. Но «не жаль мне прошлого ничуть».

Когда я вернулся, наши власти предложили мне задание (которое мне подходило) руководить «Группой Орбиты». Как я уже говорил в главе «Между Оксфордом и Кембриджем», КАЭ собирался построить синхротрон в несколько ГэВ, и необходимо было дважды сделать выбор: электронный или протонный, а также с мягкой или с жесткой фокусировкой. Техника мягкой фокусировки была хорошо разработана, что подтверждено успешным завершением строительства Брукхейвенского космотрона на 3 ГэВ. Жесткая фокусировка была заманчива, но рискованна; ни одной машины этого типа еще не существовало. КАЭ для постройки располагал автономной лабораторией ускорителей. В крéдит этой лаборатории можно было записать постройку электростатического ускорителя типа Ван де Граафа на несколько МэВ, а в дебет — его чрезмерную стоимость и, что еще хуже, чрезмерные сроки постройки, которые в течение нескольких лет ограничивали деятельность многих физиков-ядерщиков КАЭ библиографическими поисками.

Власти КАЭ не пожелали доверить лаборатории ускорителей выбор и возложили ответственность подготовки решения на мою «Группу Орбиты». Мы должны были изучить динамику орбит ускоряемых частиц, подсчитать размеры вакуумной камеры и магнита и представить заключение.

Группа состояла из пяти человек, включая меня. Главным моим помощником был Ионель Соломон, молодой политехник, чьи способности превысили все мои ожидания. (По окончании задания группы он проработал со мной еще девять лет, затем основал свою собственную лабораторию. В 1988 году он был выбран в члены нашей Академии наук.) Остальными тремя были представители лаборатории ускорителей и инженеры двух фирм, соперничавших между собой за контракт на строительство ускорителя.

Мы работали усердно в течение нескольких месяцев. Я мечтал назвать нашу работу по Жюлю Верну «Вокруг орбиты в восемьдесят дней», но срок пришлось удвоить. С начальником лаборатории ускорителей у меня возникли проблемы. Он успел оценить качества Соломона, который работал у него некоторое время, пока я был в США, и отказывался его отпустить. Дебьес, административный заместитель Перрена, о ком я уже говорил в связи с моей визой, придумал остроумный выход, достойный царя Соломона (без игры слов). Он предложил, чтобы Соломон работал два дня в неделю в лаборатории ускорителей над электронным синхротроном и три дня в моей группе — над протонным. Как настоящая мать в притче, я отказался резать дитя на части, но, не как в притче, наотрез отказался отдавать его другой матери. И победил.

Позвольте мне здесь отвлечься на минуту от орбиты, чтобы описать красочную личность Дебьеса. До прихода в КАЭ он служил инспектором в Министерстве народного просвещения (у нас говорят: «Не можешь сделать сам, учи других, не можешь учить, инспектируй учителей»). Прослужив несколько лет с Перреном, он стал директором Сакле (лишь административным, хотя он это часто забывал). Он был чрезвычайно изворотлив, и для него не существовало неразрешимой задачи. Его решения иногда напоминали мне номер американских комиков братьев Маркс: на голову одного из них падал громадный горшок, закрывавший лицо, а остальные, после тщетных усилий сорвать горшок, рисовали на нем углем очки, нос и усы, считая, что задача решена. Аналогичным было и предложенное им решение проблемы с Соломоном.

В шестидесятых годах, в разгар войны в Алжире, Дебьес основал в Сакле институт, где желающие могли обучаться техническим проблемам реакторов. Я как-то спросил его, легко ли он находит работу для своих дипломников. — «Нет проблем, их сразу берут в армию и отсылают в Алжир». Вскоре после того, как де Голль дал независимость нашим колониям в Африке, он устроил осмотр Сакле. На ступенях своего института Дебьес выстроил выпускников, надеясь показать их генералу. «По-вашему, как они выглядят?» — спросил Дебьес меня. «Ничего, жаль только, что негров нет». — «Вы так думаете?» Я шутил, но по сей день храню фотографию визита де Голля, на которой в первом ряду стоит здоровенный негр, которого Дебьес извлек «из вакуума» за несколько минут.

Хотя нельзя считать Дебьеса ученым, как ему этого хотелось бы, но он был компетентным администратором, и интендантство Сакле ему обязано многим. К тому же, всегда готовый услужить людям, он оставил хорошую память о себе.

После этого отступления вернемся к Группе Орбиты. Исследования жесткой фокусировки проводились во всем мире. ЦЕРН, который начинал свое существование в Женеве и до открытия жесткой фокусировки мечтал об ускорителе на 10 ГэВ, поднял свои планы до 26 ГэВ. Конструктором этой машины, названной PS (протонный синхротрон), был Джон Адамс (John Adams), который впоследствии построил и теперешний суперпротонный синхротрон (SPS) ЦЕРН'а с энергией 450 ГэВ. Джон Адамс был замечательно обаятельным человеком и одним из величайших создателей ускорителей. Я ездил несколько раз в Женеву для совещаний с ним и с его сотрудниками. Он умер преждевременно, от рака.

Скоро обнаружилось, что жесткая фокусировка не так проста, как казалось вначале. Более детальные вычисления показали, что во время ускорения при определенных значениях энергии частицы возникают резонансы (как часто во время нашей работы я проклинал это слово, прежде столь милое мне), во время которых орбиты частиц начинают вибрировать с чрезмерной амплитудой вокруг равновесной орбиты, что приводит к потере устойчивости пучка. Необходимо было распознать все эти резонансы и найти способы, позволяющие либо избавиться от них, либо пройти через них достаточно быстро, чтобы не потерять пучок. Ввиду математических трудностей этой задачи я привлек к сотрудничеству в нашей группе «мушкетера» Клода Блоха.

Мое заключение почти сформировалось: в принципе проект осуществим. Но я питал сомнения насчет компетентности нашей лаборатории ускорителей, единственным опытом которой было строительство ускорителя Ван де Граафа на 5 МэВ, о котором я уже говорил, и обыкновенного циклотрона с энергией 20 МэВ. Поведение самого начальника лаборатории ускорителей тоже меня беспокоило: его отношение к жесткой фокусировке, отрицательное вначале, перешло в энтузиазм как раз тогда, когда начали выясняться все ее трудности. Я не мог отделаться от мысли, возможно несправедливой, что он сомневается в своих способностях построить машину на 3 ГэВ любого типа и считает менее унизительным провалить осуществление нового неиспробованного проекта, такого, как жесткая фокусировка, чем аналогичного Брукхейвенскому космотрону, уже успешно построенному в Америке.

Я знал физиков, всегда занятых почти невозможными экспериментами, которые принесли бы им мировую славу в случае почти невозможного успеха и не грозили повредить их репутации в случае более чем вероятной неудачи. Я назвал это «синдромом такси» в связи со следующим анекдотом. Человек приходит домой и докладывает жене: «Я заработал сегодня два франка: автобус отъехал до того, как я успел вскочить в него; я побежал за ним до следующей остановки, но опять не успел сесть, и так пробежал за ним всю дорогу до дома». — «Вот дурак, — говорит жена, — почему же ты не бежал за такси, заработал бы двадцать франков».

В конце концов я предложил выбрать мягкую фокусировку и не только из-за неуважения к «синдрому такси». Для машины в диапазоне от 2 до 3 ГэВ при выборе жесткой фокусировки экономия на весе магнита — слишком малая доля стоимости всей машины, чтобы оправдать связанный с ним риск. Так и сделали. Машина была запущена в 1958 году и получила название «Сатурн». В семидесятых годах она была перестроена на жесткую фокусировку и работает по сей день.

Стоит заметить, что англичане оказались гораздо боязливее меня. Свою машину «Нимрод» они начали строить тоже на мягкой фокусировке через три года после нашей, когда никто более не сомневался в целесообразности жесткой фокусировки, тем более для энергии 7 ГэВ, для которой экономия, связанная с жесткой фокусировкой, была гораздо значительней.

Между 1953 и 1956 годами электронные и протонные ускорители начали расти повсюду, как грибы. Я не собираюсь перечислять здесь все ускорители, которые сегодня работают, строятся или проектируются на земном шаре. Их перечень можно найти во многих публикациях. Я хочу лишь сказать несколько слов о проблемах, связанных со стремлением ко все более высоким энергиям.

*Для ускорителей типа синхротрона энергия пропорциональна произведению управляющего магнитного поля на радиус орбиты, по крайней мере для частиц ультрарелятивистских энергий, превышающих во много раз их массу покоя. Масса покоя равна приблизительно 1 ГэВ для протонов и в 2000 раз меньше, т. е. 0,5 МэВ, для электронов. Для протонов с магнитными полями в несколько тесла, производимыми сверхпроводящими магнитами, и при радиусе порядка километра энергии порядка 1 ТэВ (1000 ГэВ) получены в американской лаборатории Фермилаб (Fermilab) на машине «Теватрон». Существует в Америке проект на машину 20 ТэВ с радиусом 80 километров, так называемый ССК (сверхпроводящий суперколлайдер, SSC Superconducting Supercollider).

Для электронных синхротронов (как уже было сказано в главе «Накануне») нереалистично мечтать об энергиях выше 100 ГэВ из-за радиационных потерь, и только линейные электронные ускорители позволят (может быть) достичь высших энергий. Новой чертой ультрарелятивистских ускорителей является то, что их используют в качестве так называемых коллайдеров. Вместо того чтобы направлять пучок частиц на неподвижную мишень, сталкивают два встречных пучка. При этом, конечно, происходит громадная потеря интенсивности, и непосвященным не всегда понятно, зачем так делают. Я хотел бы изложить элементарное, чтобы не сказать грубое, объяснение, которое я выработал для самого себя (оказалось, что оно пришло в голову не только мне). Ключевым здесь является слово «ультрарелятивистский». Частица с такой энергией, сталкиваясь с неподвижной частицей мишени, в лабораторной системе координат «выглядит» во много раз «тяжелее» ее, и их столкновение, подобное удару бильярдным шаром по горошине, конечно, не способно разбить ни ту, ни другую. В коллайдере, наоборот, столкновение двух частиц подобно столкновению двух бильярдных шаров, в котором оба могут разбиться, что и является целью эксперимента. Конечно, существуют расчеты, подтверждающие эти примитивные рассуждения.*

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.

Пока одной из задач, которая меня занимала, был все тот же эффект Оверхаузера, или динамическая ядерная поляризации в металлах. Я старался упростить сложные вычисления Оверхаузера и распространить теорию его эффекта на диэлектрики. Естественно было объединиться в этих исследованиях с лабораторией Кастлера и Бросселя в Высшей нормальной школе. Там тоже экспериментировали с резонансом и были заинтересованы в получении высоких ядерных поляризаций. Но были два важных различия. Во-первых, они имели дело с парами атомов, где плотности в миллионы раз меньше, чем в жидких и твердых телах, которыми интересовался я. Во-вторых, они использовали оптические лучи, чтобы производить высокие поляризации методом, названным Кастлером оптической накачкой, а также чтобы детектировать резонанс. Известно, что эти работы принесли Кастлеру Нобелевскую премию, которую, по-моему (как и по мнению самого Кастлера), лучше было бы разделить между ним и Бросселем.

Осенью 1954 года произошли два события, которые повлияли на мою деятельность. В лабораторию Кастлера приехал на год американский физик, которого я назову Арни (Arnie), как он сам представлялся. Он был учеником Чарльза Таунса, который тогда еще не совершил своего великого открытия — лазера. Арни появился в ореоле открытия, только что опубликованного в «Physical Review Letters», которое могло показаться фантастическим, по крайней мере, тем, которые, как я, интересовались ядерной поляризацией. Он утверждал, что в кристалле кремния, легированного мышьяком, ему удалось создать стопроцентную поляризацию ядер мышьяка. Его метод, вариация на тему эффекта Оверхаузера, заключался в насыщении четырех линий сверхтонкой структуры мышьяка. (Я не поставил звездочки потому, что, даже если читатель не понял ни слова из предыдущей фразы, это нисколько не повлияет на его понимание того, что следует.) Все в его статье было объяснено очень ясно и убедительно. За статьей Арни следовала вторая, написанная его коллегой, теоретиком, в которой давалось более подробное теоретическое изложение.

Кастлер читал статью и был ею убежден вполне. Броссель прочел «письмо» и был убежден. Я прочел письмо и был тоже убежден. Перечитал я ее потому, что нашел маленькую неясность и понял немножко хуже. Я начал ее перечитывать вновь и вновь, и раз от разу статья становилась менее и менее понятной, пока не превратилась под конец в полную бессмыслицу. Создалось неловкое положение: Кастлер понимал, Броссель понимал, а я, специалист по резонансу и ядерной поляризации, не понимал ничего. Прошел мимо Пьер Эгрен, восходящая звезда французской физики, впоследствии крупный деятель и даже министр, который понимал все, что можно понять, и даже больше. Он прочел статью, понял, конечно, и объяснил ее очень наглядно с помощью акустической аналогии с так называемой трубкой Кундта (Kundt). Я не помнил, как устроена трубка Кундта, и ушел из Нормальной школы, где все это происходило, в отвратительном настроении.

Просидев еще день над таинственной статьей Арни, я сумел, наконец, точно определить, где была «зарыта его собака», и выкопать ее на Божий свет. Экспериментальный результат, полученный Арни, надо было истолковать как перенос поляризации между разными сверхтонкими компонентами ЭПР спектра мышьяка, результат не лишенный интереса, но, конечно, не имевший ничего общего со стопроцентной поляризацией ядер, как Арни уверил себя и не безуспешно пытался уверить других. Мне пришлось провести с ним полдня, чтобы разуверить его.

Оставалась еще тайна: каким образом рецензент «Physical Review Letters» пропустил в печать подобную статью без малейшего возражения и почему руководитель Арни, весьма известный физик (не Таунс), поссорился с ним потому, что Арни отказался разделить с ним авторство. (На самом деле ему здорово повезло.) Эта слепота весьма компетентных людей, по-моему, объясняется так: после того как люди отказались поверить предсказаниям Оверхаузера, которые, тем не менее, оказались правильными, они были психологически подготовлены поверить чему угодно. К тому же софизм в рассуждениях Арни было не так легко заметить.

Красочная личность Арни заслуживает нескольких слов. Коренастый, с походкой вразвалку, с курчавой нечесаной башкой цвета воронова крыла, со смехом, подобным ржанию застоявшегося жеребца, мохнатый, как обезьяна, с брюками, спадавшими до «тропика Козерога», он был замечательно свободен от запретов, связанных с тем, что в моей юности называлось приличными манерами. Он решил сразу приобщиться к французской культуре, приобретя берет, который не снимал со своей головы, и говорил на странном наречии, которое считал французским языком. Его выражения стали классическими среди нас, но, к сожалению, непереводимыми. Я мог бы рассказать про него кучу историй. Например, во время поездки из Лондона в Оксфорд в битком набитом купе во всеуслышание, к возмущению британцев, он рассказывал мне следующий анекдот. В верующее еврейское семейство приходит сват и с большим трудом убеждает их согласиться на брак их старшего сына с принцессой Маргарет, младшей дочкой английского короля. Когда это ему, наконец, удается, он произносит со вздохом облегчения: «Половина работы сделана». Только традиционная сдержанность британской нации спасла нас тогда от линчевания. Но моя любимая история — про ужин, который он устроил у себя на квартире вскоре после своего приезда. Среди гостей были профессор Кастлер с супругой, я с Сюзан и еще несколько пар. Накануне он попросил у своей хозяйки несколько лишних вешалок и, когда она невинно спросила, нужны ли ему вешалки с перекладинами для брюк, ответил: «Не знаю, в Париже у меня гости в первый раз». Я так много говорю про Арни потому, что воспоминания о нем меня все еще забавляют, но более того из-за размышлений, на которые меня навела необходимость опровергнуть его абсурдные заключения. Благодаря им я продвинулся к своей тогда еще отдаленной цели: динамической ядерной поляризации в диэлектриках.

Но осенью 1954 года состоялось другое событие. Феликс Блох, великий Феликс Блох, стал первым Генеральным директором ЦЕРН'а и пригласил меня провести с ним несколько месяцев в Женеве. Выбор первого директора был не прост: можно было опасаться, что страна, к которой он принадлежит, возьмет благодаря этому перевес в международной организации. Выбрали Блоха, уроженца Швейцарии, но жителя и гражданина Америки и, к тому же, крупнейшего физика.

Одно было нехорошо в этом выборе: Блох недолюбливал «тяжелую» науку и ненавидел администрацию. Осенью 1954 года большие машины были еще лишь в состоянии проектов или, в лучшем случае, земляных работ, и оставалась администрация, от которой его тошнило. Он принял предложение ЦЕРН'а из-за симпатии к старой Европе, к которой он оставался близок после двадцати лет «изгнания», и к идее ЦЕРН'а как общеевропейского предприятия. Но надо признать, что в Женеве он скучал. Ему хотелось иметь около себя кого-нибудь, с кем можно было бы говорить о своем любимом ЯМР, «дружескую руку», как он выразился, и я был польщен тем, что из всей Европы он выбрал меня. В этом выборе мои скромные заслуги в области ускорителей, про которые он, наверное, никогда не слышал, не играли никакой роли; поводом был только резонанс. Он хотел располагать мною в течение шести месяцев, но КАЭ, который оплачивал мою командировку в Женеву, предложил месяц; сговорились на двух.

Мы сошлись характерами, хотя он был капризен, как примадонна, и сразу стали друзьями. Он был всем тем, о чем я мечтал и чего никогда не достиг, отчасти из-за обстоятельств моей молодости (в возрасте, когда я бегал по следам неуловимого Перрена, он общался с такими гениями, как Бор, Гейзенберг, Паули и т. д.), но главным образом потому, что у меня не было и доли его гения.

В «Reflections of a Physicist» я посвятил ему несколько страниц. Здесь я лишь напомню, что, кроме более чем заслуженной Нобелевской премии за открытие ЯМР, он сделал еще два или три открытия, каждое из которых было достойно этой награды. Он был высок, широкоплеч и силен, со сложением боксера-тяжеловеса. Его нос был, вероятно, когда-то сломан, что увеличивало сходство с боксером. Он был прекрасным горнолыжником и опытным альпинистом.

Он обогатил мою коллекцию историй о Паули, рассказав мне, как это сделал Вайскопф до него, о встрече с великим физиком в Цюрихе. В отличие от Вайскопфа, которому было только сказано: «Сделайте что-нибудь и приходите мне показать», Блох получил более подробные инструкции: «Сделайте мне теорию сверхпроводимости». Блох уселся за работу и через десять дней принес плоды своих трудов Паули, которому не понадобилось и десяти минут, чтобы разнести их в клочья. Вторая и третья попытки имели ту же судьбу. За свое пребывание в Цюрихе Блох сделал десяток подобных безуспешных попыток. «Теперь», — сказал Блох, — «когда кто-нибудь мне приносит теорию сверхпроводимости (не надо забывать, что наш разговор происходил в 1954 году), я просто замечаю, что это моя попытка номер такой-то».

Он сформулировал две теоремы (скорее, два постулата): первый — все теории сверхпроводимости ошибочны; второй — все крупные ускорители в конце концов работают. Опираясь на второй постулат, он не боялся посвящать немалую часть своего времени в Женеве усилиям доказать неверность первого; его не оставляла надежда справиться когда-нибудь с заданием Паули. Можно сказать, что оба постулата оказались неверными в конце концов. Фазотрон Дубны никогда не работал по-настоящему, и в 1957 году Бардин, Купер и Шриффер предложили то, что по-русски носит смешное название «бекаша» (вроде бекеши). Бекаша была не по вкусу Блоху, но он с ней примирился, так как ничего лучшего предложить не мог.

Во время своего пребывания в Женеве он заканчивал работу об установлении основного уравнения для спиновой матрицы плотности системы спинов во взаимодействии с решеткой (читатель, если сие не понятно, не горюй), ту самую работу, которую я сам хотел предпринять в Гарварде и, как дурак, забросил, наслушавшись чужих советов. Работа была внушительной, хотя слегка, и даже более чем слегка, тяжеловесной, и была опубликована позже в трех увесистых статьях в «Physical Review». Блох запросил мое мнение о работе, и я выразил грандиозность предприятия одним словом: «Gottverdämmerung».[15] Хотя, как сказано выше, я сам не предпринимал этой «вагнеровской» работы, я позже изложил ее в более сжатой и, как мне кажется, более изящной форме в своей книге «Принципы ядерного магнетизма»; тут мы опять имеем дело с карликом, взобравшимся на плечи гиганта.

Не я один был призван в Женеву для культурного общения с маэстро Феликсом, был доставлен и более тяжеловесный участник — Блох распорядился привезти в Женеву из Станфорда большой постоянный магнит весом в несколько тонн, специально предусмотренный для ЯМР высокого разрешения. С ним прибыли и два ученика Блоха, два здоровенных парня — Джим Арнольд и Уэстон Андерсон, которых я окрестил именами вагнеровских гигантов Фафнер и Фазольт; сам Блох был, конечно, ввиду его вагнеровской работы, властителем Вальхаллы — Вотаном. Мои отношения с этими молодцами, веселыми ребятами (в особенности Арнольдом) и прекрасными физиками (в особенности Андерсоном), были приятными и полезными. Едва приехав, они распаковали магнит, установили электронику и взялись за эксперименты. «Таким образом, в этом ЦЕРН'е будет хоть капля физики», — прокомментировал Блох. Впоследствии я не раз встречался с Андерсоном на конференциях ЯМР и один раз даже выступал в роли его сообщника (таких во Франции почему-то зовут баронами).

Это дело было на заседании фарадеевского общества в Кембридже. По правилам общества доклады печатаются и отсылаются участникам заранее, каждому докладчику отпускается всего десять минут, чтобы показать лишь свои слайды. В одном из спектров ЯМР, которые Андерсон намеревался демонстрировать, была одна интересная деталь: две линии ЯМР, которые в первом приближении совпадали, слегка расщеплялись в приближении высшего порядка. Андерсон очень гордился тем, что ему удалось обнаружить экспериментально это расщепление, но ему не хватало времени, чтобы его объяснить. Во время дискуссии после доклада его барон, т. е. я, должен был задать наивный вопрос, почему на слайде видны две линии вместо одной? Я не прислушивался к докладу Андерсона, с которым был хорошо знаком, и по окончании его поднял руку и спросил, как было условлено: «На одном из ваших слайдов вы показали две линии там, где должна быть только одна. Объясните, пожалуйста». Андерсон покраснел и сказал при взрыве хохота: «Я не успел показать этот слайд».

Главная польза, которую я извлек из пребывания в ЦЕРН'е с Блохом, заключалась в дискуссиях с ним, касавшихся моих идей о ядерной поляризации. Он посоветовал мне опубликовать их, что я и сделал в статье под названием «Эффект Оверхаузера в неметаллах» в «Physical Review». Блини, обыкновенно скупой на комплименты, назвал эту статью замечательно проницательной. Я расскажу более подробно об этой работе в следующей главе в связи с экспериментами, проведенными в моей лаборатории, так как я скоро заполучил собственную лабораторию.

Во время моей второй поездки в Женеву мне предложили прочесть доклад в Женевском университете о возмущенных угловых корреляциях. Мы условились с Блохом, что доклад будет по-французски, на языке, который Блох понимал прекрасно. За две минуты до начала он вошел в аудиторию и сказал мне: «Было бы лучше, если бы вы говорили по-английски; здесь присутствуют Бор и Гейзенберг, которые хотели бы вас послушать». Думаю, что если бы ритору древней Греции вдруг сказали, что Зевс и Афина спустились с Олимпа на несколько минут, чтобы послушать его рассуждения, он чувствовал бы себя не лучше, чем я. Но все обошлось. Бор проспал, или, по крайней мере, казался спящим, во время большей части моей лекции, а Гейзенберг задал весьма тривиальный вопрос, на который Блох ответил сам.

На следующий день Блох сообщил мне, что решил сложить с себя обязанности Генерального Директора и уехать обратно в Станфорд. Состоялось заседание Совета ЦЕРН'а (что и объясняло приезд в Женеву Бора и Гейзенберга), на котором Блох потребовал введения, наряду с его должностью должности административного директора, отвечающего за решения административного характера (с которыми Блох категорически отказывался иметь дело). Совет отказал ему в этом, считая, что именно на Генеральном Директоре лежит полная ответственность за все. Андерсон и Арнольд разобрали и упаковали магнит и электронику, успев, к счастью, довести до конца интересный опыт, и магнит отправился обратно в кругосветное путешествие. Поведение Блоха вызвало отрицательные комментарии, но только не у меня; нельзя требовать от арабского скакуна того же, что от битюга.

После Женевы я часто виделся с Блохом. Лучше всего помню наши диспуты насчет понятия спиновой температуры, о которой будет речь в следующей главе. Блох не верил в это понятие, или скорее не видел в нем никакой пользы, в то время как я был противоположного мнения. После очень жаркого спора, в котором он постоянно меня перебивал, я не вытерпел и сказал ему: «Как я могу надеяться переубедить вас, когда вы просто не слушаете того, что я говорю». К моему удивлению, он расхохотался: «Знаете ли вы, что точно то, что вы мне сейчас сказали, Эйнштейн говорил Борну во время их дискуссий о квантовой механике? Я всегда уважал Борна и готов играть его роль, но не боитесь ли вы, что мантия Эйнштейна тяжеловата для ваших плеч?» Добавлю, что впоследствии Блох убедился в разумности понятия спиновой температуры и стал одним из ее самых горячих защитников.

В конце 1954 года (или, может быть, в начале 1955) Блох (Клод, а не Феликс), Мессиа, Трошри и я по своей собственной инициативе начали читать высшие курсы в Сакле, каждый по своей специальности. Мессиа читал курс квантовой механики, который впоследствии вырос в прекрасную книгу, Клод Блох — курс по теории ядерных реакций, а Трошри — о ядерных моделях. Я, конечно, выбрал магнитный резонанс, ЭПР и ЯМР. Другие коллеги последовали нашему примеру. Эрпин (Herpin) читал прекрасный курс классического магнетизма. Мы сами приготовляли записи лекций, а затем их размножали и раздавали нашим студентам. Я помню, что я очень настаивал на том, чтобы не раздавать их бесплатно. Я утверждал, что при отсутствии экзаменов (а их не было) плата, пусть символическая, необходима, чтобы студент отнесся к записям лекций серьезно; бесплатный курс, как листовку или рекламу, теряют или просто выбрасывают, не прочитав. Такого рода курсы в Сорбонне тогда еще не существовали, и наш пример, я полагаю, сыграл немалую роль в появлении в университетах пару лет спустя так называемого «третьего цикла» (troisieme cycle). Мои слушатели включали всех сотрудников лаборатории Кастлера, в том числе самого Кастлера и Бросселя. В конце курса слушатели подарили мне записи моих лекций в роскошном кожаном переплете.

Дебьес, который постоянно был в поисках рекламы для Сакле, сговорился с редакцией киножурнала о съемке наших лекций (по телевидению хроника тогда еще не передавалась). Жребий пал на мою лекцию. На лекции было около тридцати слушателей, что, учитывая предмет и уровень лекций, было совсем неплохо, но мест-то в аудитории было двести. Киношник, воздев руки к небу, заявил: «Я этого снимать не стану». Дебьеса это не смутило. Он усадил в зал добровольцев, созвав лаборантов из всех химических и биологических лабораторий Сакле, и так как всего этого все равно было мало, одел в белые халаты уборщиц и даже дюжину молодцов из охраны. Видно, кровь Потемкина текла в его жилах.

Мне было необходимо убедить власти КАЭ в полезности ЭПР и ЯМР для развития работ по атомной энергии. С этой целью я сделал доклад в присутствии Перрена, Ивона, Герона, Дебьеса и других (которых не помню). Я перечислил все выгоды, которые ЭПР и ЯМР могли принести работам по атомной энергии: измерение с помощью ЯМР примесей тяжелой воды в обыкновенной воде и наоборот; с помощью ЭПР примесей урана-235 в естественном или обогащенном уране, исследования плутония, изучение с помощью ЭПР дефектов, производимых в материалах различными излучениями, к этому надо было добавить все применения ЯМР и ЭПР, интересовавшие химиков. Некоторые из применений были стандартными, другие — гипотетическими, чтобы не сказать сомнительными; но меня это мало беспокоило, так как я не рассчитывал терять время ни на одно из них. Чего я хотел, так это приобрести у американской фирмы Вариан (Varian) магнит, спектрометр с широкой полосой частот для ЯМР в твердых телах (в жидкостях твердо засели химики), клистрон, чтобы сконструировать самим спектрометр для ЭПР (готовые спектрометры для ЭПР тогда не продавали), нанять нескольких техников, и вместе с Соломоном и с Жаном Комбриссоном (Jean Combrisson), физиком на несколько лет старшим Соломона, который уже имел кое-какой опыт в ЭПР, начать проводить некоторые из экспериментов, о которых мечтал. От властей я получил согласие «в принципе» и задание представить смету и подробный план.

Это было не так просто; у меня не было опыта, и я начинал с нуля. В советах и в информации, которые я смог собрать от окружающих, было мало толку и еще меньше практической пользы. Те редкие французские группы, которые занимались ЯМР, имели устарелое оборудование и, если можно так выразиться, устарелые идеи. Я с интересом выслушал мнение Бросселя, но его область была слишком далека от моей, чтобы я мог извлечь пользу из его совета.

Информацию о ЯМР надо было искать в Америке, где он родился и развивался со скоростью, непревзойденной в других странах. Так я решил и так и сделал. Летом 1955 года я уехал в США. Моим первым этапом был Гарвард, где успехи моего «посланника» Соломона за предыдущий год превысили все мои надежды. Мне было бы приятно назвать его своим учеником, но это не соответствовало бы фактам. Хоть он и научился у меня кое-чему, он был, как и я, ничей ученик. В физике у меня была, несомненно, более широкая культура, я знал гораздо больше, чем он, я размышлял дольше, чем он, над проблемами, которые нас интересовали, и я умел объяснить и выразить свои мысли лучше, чем он, и, зачем скрывать, лучше, чем большинство моих коллег. Может быть, я повлиял на него больше, чем он на меня, но даже в этом я не уверен. Я старше его на четырнадцать лет, но обстоятельства сделали мой старт поздним, а его — ранним, что уменьшило разницу в годах и сблизило нас. Но Соломон был настоящим экспериментатором, который «сам и пушку заряжал», в то время как я, за редким исключением, довольствовался тем, что придумывал эксперименты, следил за их исполнением и истолковывал результаты. Объединяла нас также, кроме любви к физике, особая манера не принимать самого себя слишком всерьез, которая, я надеюсь, не покинула меня с возрастом, разными высокими назначениями и (в последние годы) «почестями», и никогда не оставляла его. (Академик с 1988 года, он все еще ходит в Академию без галстука.) Эксперимент, который он сам придумал, провел и истолковал в Гарварде, по-моему, самый красивый во всей его научной биографии, которая насчитывает немало красивых экспериментов.

Летом 1955 года мы подготовили и провели в течение месяца поездку по лучшим лабораториям ЯМР США в поисках информации и вдохновения. Я не сохранил списка, но их было много. Кроме Гарварда и MIT главными были Рэтгерс, Белл Телефон, Дженерал Электрик, Чикаго, Иллинойс, Станфорд, Пало Альто и Беркли. Каждый вечер после осмотра, как бы ни был утомителен день, мы не ложились спать, пока не обсудили всего, что видели за день, и не записали подробно. В Пало Альто мы осмотрели лабораторию фирмы Вариан (Varian), главой которой был Паккард, один из трех, кто во главе с Блохом открыл ЯМР в Калифорнии. Паккард как глава технического отдела рассчитывал главным образом на продажу спектрометров ЯМР высокого разрешения, предназначенных для химиков, и которые поэтому нас мало интересовали, но которые для тех времен были техническим чудом. Он показал нам на экране спектр этилового спирта с его знаменитым триплетом трех групп протонов: метила, метилена и гидроксила. Он улучшил разрешение поворотом нескольких кнопок, и на экране появилась целая роща линий, следствие так называемой косвенной связи между разными группами спинов. Погордившись перед нами возможностями своего аппарата, Паккард сказал: «Пора вернуться к слабому разрешению с тремя линиями. Я ожидаю покупателей, двух представителей крупного химического завода из Техаса. Про три группы в спирте они знают и суть трех линий поймут. Но если я покажу им множество всех линий, это собьет их с толку, и они могут отказаться от покупки». Мы вернулись (я в Париж, а Соломон отправился еще на месяц в Кембридж) измученные, но довольные собой.

Соломон был длинным, как жердь, с бесконечными ногами. Его угловатая физиономия порой освещалась очаровательной улыбкой. Как я уже говорил, он оставил меня в 1962 году, чтобы основать свою собственную лабораторию. Мы расстались друзьями и остались ими по сей день.

Комбриссон — выпускник Школы Физики и Химии (той самой, которую окончил Жолио) — был знаком с техникой СВЧ,[16] что предопределяло его занятие ЭПР в нашей будущей лаборатории. Рослый, спокойный и осмотрительный, он был человеком, на которого можно было положиться; что я и делал в течение пятнадцати лет, после чего он перешел работать с Горовицем.

Итак, осенью 1955 года наша тройка была готова пуститься в путь, который для меня продлился ровно тридцать лет. Был старый американский фильм, называвшийся «Жизнь начинается в сорок лет». Это я и собирался испробовать.