До признания — полвека
Силлогизм: «Все частицы можно рассматривать как волны. Нейтрон — частица. Значит, нейтрон можно рассматривать как волну». Такова логика нобелевского лауреата Клиффорда Гленвуда Шалла — создателя нейтронной оптики. 23 сентября исполняется 95 лет со дня рождения выдающегося американского физика.
В определенных средах некоторые элементарные частицы ведут себя подобно свету. Для этого необходимо, чтобы межатомные расстояния в веществе и длина волны де Бройля для частицы были сопоставимы. Такой квантово-волновой дуализм — аксиома современной физики, но в 1924 году предположение Луи де Бройля было очень смелым. Вскоре, однако, догадка гениального француза подтвердилась экспериментально, и уже в 1929-м это фундаментальное для квантовой физики открытие было удостоено Нобелевской премии.
После того, как была доказана квантово-волновая природа не только фотонов, но и всех без исключения объектов, физики активно углубились в изучение оптических явлений в ранее невидимом мире частиц. Нейтроны, открытые в 1932 году английским физиком Джеймсом Чедвиком, наводили на аналогии с фотонами своей электронейтральностью. Оказалось, что преломление и отражение нейтронных пучков хорошо описывается традиционными геометрическими «лучевыми» законами, а рассмотрение нейтронного излучения как волнового легко объясняет наблюдаемую на кристаллах дифракцию…
У истоков нейтронной оптики стоял молодой американский физик Клиффорд Шалл. Однако, в отличие от своих коллег, чьи научные заслуги были отмечены практически сразу (де Бройль получил Нобелевскую премию через пять, а Чедвик — всего через три года после открытия), Шалл долго ждал признания. Настолько долго, что стал своеобразным нобелевским рекордсменом: его премия 1994 года — самая запоздавшая за более чем вековую историю награды. А друг и учитель Шалла Эрнест Волан — конструктор двухосевого спектрометра, на котором и были получены нейтронные дифракционные картинки, до триумфа своего изобретения, увы, не дожил.
…В роду Шаллов у многих не складывалось с любимым делом. Отец Дэвид большую часть жизни в удовольствие работал на ферме в пенсильванской глубинке, но был вынужден перебраться с семьей в город, неорганичный ему по духу, но дававший больше возможностей выжить. Брат Клиффорда Перри Лео мечтал о карьере художника и уже окончил школу искусств, когда в 1934 году неожиданно умер отец, и молодой человек возглавил семейный бизнес. Сам Клиффорд с детства видел себя авиаконструктором, а стал физиком. Правда, в отличие от отца и брата, свой выбор он сменил сам, точнее, под влиянием школьного учителя Поля Дюсарта. «Он был несколько старше, чем полагается быть обычному школьному учителю, и имел за спиной докторскую степень, — вспоминал будущий нобелевский лауреат. — Он поражал нас демонстрацией приборов из своей лаборатории и рассказами о принципах их работы. Вот тогда-то физика начала побеждать воздухоплавание». А в 1837 году выпускника физфака рядового Технологического университета Карнеги заметили в Нью-Йорке: Фрэнк Майерс и Роберт Хантун, руководители группы по проблемам ядерной физики, предложили ему присоединиться к созданию генератора для ускорения дейтронов — ядер тяжелого водорода, дейтерия. Само слово «дейтрон» стало предметом дискуссий: предложенное американцами, как первооткрывателями, оно вызывало негодование корифея ядерной физики Эрнеста Резерфорда, однако в конце концов он смирился с неологизмом. Но когда терминологические дебаты улеглись, стало понятно, что дейтроны — очень интересный и перспективный объект: они состоят из протона и нейтрона и являются единственной стабильной двухнуклонной частицей (пары «протон-протон» и «нейтрон-нейтрон» вместе не удерживаются).
Успехи в области оптики электронов подтолкнули Шалла заняться дифракцией нейтронов на кристаллах. Десять лет начиная с 1946 года ученый провел в знаменитой Оук-Риджской лаборатории — «сердце» Манхэттенского проекта. Последний, собравший вокруг себя самых талантливых физиков, долгие годы оставался для Шалла заветной мечтой; и даже страшный результат проекта — стертые с лица Земли Хиросима и Нагасаки — не отвратили ученого от желания работать в столь именитой команде… А последующие тридцать лет он посвятил преподаванию — обучал студентов работе на исследовательском реакторе MITR-I в Массачусетсском технологическом университете. В это время нейтронная дифракция и завоевала признание как эффективный инструмент: с ее помощью группа Шалла сделала важные открытия в области намагниченности, рассеяния и поляризации в кристаллах. А нежданная Нобелевская премия стала неплохой прибавкой к пенсии ученого.
