Лауреаты Нобелевской премии 2002 года по физике

Неделю назад я представил вам трёх исследователей, удостоенных Нобелевской премии нынешнего года по физиологии и медицине. Сегодня разговор пойдёт о лауреатах самой престижной премии по физике.

В прошлой передаче я упомянул о том, что решения, принимаемые Нобелевским комитетом, нередко подвергаются критике. Наиболее серьёзные нарекания при этом вызывает то обстоятельство, что премий, как правило, удостаиваются весьма пожилые – чтобы не сказать престарелые – учёные, давно отошедшие от активной научной деятельности, и что награждаются они за работы пусть и выдающиеся, но выполненные 20, 30, а то и 40 лет назад. О том, что эта критика отнюдь не безосновательна, свидетельствует и нынешнее решение Нобелевского комитета: он присудил премию по физике троим учёных, из которых самому младшему – 71 год, а самому старшему – 87 лет.

Итак, 8-го октября Шведская королевская академия наук в Стокгольме объявила о том, что Нобелевской премией 2002 года награждаются три исследователя "за выдающиеся работы в области астрофизики, кардинально изменившие наши представления об устройстве Вселенной": при этом одну половину премии получают совместно американец Реймонд Дейвис-младший (Raymond Davis Jr.) и японец Масатоши Кошиба (Masatoshi Koshiba) "за обнаружение космических нейтрино", а вторая половина достаётся американцу Риккардо Джаккони (Riccardo Giacconi) "за открытие космических источников рентгеновского излучения". Давайте познакомимся с лауреатами, начав, как водится, со старшего.

Реймонд Дейвис родился в Вашингтоне, округ Колумбия, в 1914-м году. Он закончил Йельский университет по специальности "химия", в 1942-м году защитил диссертацию. Практически вся научная карьера Дейвиса прошла в одном месте: почти 50 лет учёный проработал в Брукхэвенской национальной лаборатории – независимом научно-исследовательском центре, финансируемом 9 университетами северо-восточных штатов по контракту с федеральной администрацией. Порой это финансирование бывало не слишком щедрым – во всяком случае, учёному нередко приходилось ломать голову над тем, где добыть средства на проведение своих опытов. Но Дейвису очень помогало то, что он прирождённый экспериментатор, умелец на все руки и мастер импровизации. Это и позволило ему не только задумать, но и выполнить те работы, которые удостоены теперь Нобелевской премии. Выйдя в 1984-м году на пенсию, Дейвис перебрался в Филадельфию и продолжил свои исследования на физико-астрономическом факультете Пенсильванского университета. Бывший коллега Дейвиса – Кеннет Лэнди (Kenneth Landey) – говорит:

Он самый необычный учёный из всех, кого я знал. Дейвис был неизменно приветлив, рад помочь в проведении эксперимента не только ценным советом, но и конкретным делом. Он был готов говорить на естественнонаучные темы часами и всегда охотно обсуждал с коллегами ход экспериментов. По части изобретательности в постановке опыта ему не было равных. Кроме того, он обладал поистине поразительной интуицией. И, наконец, он был целеустремлён и упорен – качества совершенно необходимые, если ты задумал эксперимент, который должен продлиться десятилетия.

В 1999-м году Дейвис окончательно ушёл на покой. Новоиспечённый лауреат Нобелевской премии живёт с женой Анной в Блю-Пойнт – прибрежном посёлке на острове Лонг-Айленд, штат Нью-Йорк. У Дейвисов – пятеро детей. Раньше учёный любил ходить под парусом далеко в Атлантический океан, сейчас он лишь изредка покидает свой дом. Премия пришла к Дейвису – это можно утверждать со всей определённостью – заслуженно, но явно слишком поздно. По словам соседей и бывших коллег, учёный страдает быстро прогрессирующим старческим расстройством памяти. Некогда весёлый и общительный, он живёт теперь крайне замкнуто. Во всяком случае, никому из репортёров не удалось взять у него интервью, так что даже непонятно, знает ли он вообще о присуждении ему премии.

Масатоши Кошиба – во многих отношениях почти прямая противоположность Дейвиса. Если американец полвека просидел в одной лаборатории, то японец немало поездил по миру, если Дейвис был непревзойдённым мастером по части проведения экспериментов, то Кошиба зарекомендовал себя виртуозом в том, что касается планирования, организации и коммуникации. Если не считать общей темы научных исследований, двух учёных объединяет, пожалуй, лишь одно: любовь к классической музыке. Масатоши Кошиба родился в 1926-м году в городке Тоёхаси, префектура Айти на острове Хонсю. Закончив Токийский университет, он уехал в США. Там, в университете Рочестера, штат Нью-Йорк, Кошиба защитил диссертацию по космическому излучению. С тех пор вся научная деятельность астрофизика посвящена исследованию устройства Вселенной и погоне за элементарными частицами. Учёному довелось поработать во многих странах, прежде всего, в США и в Германии. В 1987-м и с 1998-го по 1999-й годы Кошиба работал на крупнейшем немецком ускорителе – электронном синхротроне "DESY" в Гамбурге, – а также в различных научных институтах в Гархинге и Гейдельберге. Его вклад в развитие сотрудничества между Японией и Германией столь значителен, что в 1985-м году он был даже награждён высшим немецким орденом – "Крестом за заслуги". По отзывам хорошо знающих его немецких коллег, Кошиба в полной мере отвечает расхожим представлениям о типичном японце: неизменно приветлив, вежлив и невозмутим. Учёный женат на американке, у них двое детей – сын и дочь. Помимо музыки – прежде всего, Баха, – у Кошибы нет других увлечений. Но главное его хобби – это астрофизика. Свою страсть к данному предмету учёный передал и сыну: тот тоже стал физиком. До самого недавнего времени Кошиба ещё вёл исследования и преподавал в Токийском университете. Известие о присуждении ему Нобелевской премии 76-летний профессор-пенсионер встретил словами "Ну, наконец-то!"

Итак, Дейвис и Кошиба делят между собой половину Нобелевской премии за обнаружение космических нейтрино. Нейтрино – это крайне необычная частица, за изучение которой, кстати, уже присуждены две Нобелевские премии – одна в 1945-м году Вольфгангу Паули (Wolfgang Pauli) за теоретическое обоснование, другая в 1995-м году Фредерику Рейнзу (Frederick Reines) за экспериментальное подтверждение её существования.

Нейтрино в огромных количествах образуются в процессе ядерного синтеза – например, на Солнце и других звёздах, где водород превращается в гелий. Однако эти частицы практически не взаимодействуют с обычной материей. Так, каждую секунду сквозь любого из нас пролетают триллионы нейтрино, но мы этого даже не замечаем – а всё потому, что они не обладают электрическим зарядом и крайне малы. До самого недавнего времени учёные считали даже, что нейтрино вообще не имеет массы покоя, но новейшие исследования показали, что это всё же не так. Почти не задерживаясь, нейтрино пронизывают и земной шар, что делает их изучение очень сложной задачей. Чтобы зарегистрировать хотя бы несколько таких частиц, Реймонд Дейвис сконструировал детектор совершенно нового типа. Глубоко под землёй, в заброшенной шахте в Южной Дакоте, он поместил резервуар, содержащий 615 тонн тетрахлорэтилена – широко распространённой в быту жидкости. Дейвис рассчитал, что в цистерне находится 2·1030 атомов хлора и что каждый месяц примерно 20 из них вступят в реакцию с солнечными нейтрино, образуя атомы аргона. Дейвис разработал метод регистрации и подсчёта этих атомов. Эксперимент длился 30 лет, и за это время учёный "отследил" примерно 2 тысячи атомов аргона. Это число оказалось меньше предполагаемого, что позволило Дейвису сделать вывод о неполноте наших представлений о процессах, происходящих на Солнце.

Тем временем Кошиба сконструировал другой детектор, получивший название "Камиоканде". Он представлял собой подземный резервуар ещё больших размеров, но заполненный водой. В отличие от детектора Дейвиса, прибор Кошибы позволил проводить более точные измерения и фиксировать время столкновения атома с нейтрино и траекторию, по которой частица прибыла на Землю. Кошиба вспоминает:

Изначально эксперимент "Камиоканде" предназначался для изучения процесса расщепления протонов – ядер атомов водорода. Но спустя три месяца мне вдруг пришла в голову идея о том, что этот детектор можно использовать и для другой цели – для обнаружения солнечных нейтрино. Мы переоборудовали наш прибор, а в 1987-м году в соседней с нашей галактике – Большом Магеллановом Облаке – произошёл взрыв сверхновой, и нам удалось зарегистрировать несколько нейтрино от этого взрыва.

Вторую половину Нобелевской премии получает американец итальянского происхождения Риккардо Джаккони.

Риккардо Джаккони родился в 1931-м году в Генуе. Окончив Миланский университет и защитив в 1954-м году диссертацию по космическому излучению, Джаккони по совету своего преподавателя уже два года спустя уехал работать в США, где и посвятил себя рентгеновской астрономии. С тех пор чуть ли не все сколько-нибудь заметные научно-исследовательские проекты в этой области так или иначе связаны с его именем. Однако Джаккони – не только выдающийся учёный, но и весьма способный менеджер. В 1993-м – 1999-м годах он был генеральным директором Европейской южной обсерватории в Гархинге, и под его руководством в Атакамской пустыне в Чили был возведён так называемый "Очень большой телескоп" – "Very Large Telescope" ("VLT") – крупнейший в мире оптический телескоп. По словам его преемницы на этом посту Кэтрин Цесарски (Catherine Cesarsky), "Джаккони – очень сильная, динамичная и исключительно обаятельная натура, и тот, кто хоть раз встретится с ним, никогда его не забудет". А Рашид Суняев, директор Института астрофизики имени Макса Планка в Гархинге, добавляет: "За что бы он ни взялся, у него всё получается". Джаккони и сегодня продолжает активную научную деятельность – в частности, в рамках проекта "ALMA" ("Atacama Large Millimeter Array"), предусматривающего создание в Чилийских Андах на высоте в 5 тысяч метров гигантского радиотелескопа из 64-х антенн диаметром 12 метров. Джаккони является также президентом Ассоциации американских университетов в Вашингтоне. А кроме того, он известен коллегам как любитель, ценитель и знаток искусств, обожает оперу и сам пишет маслом картины – хоть и на любительском уровне, но, говорят, очень неплохие.

Благодаря своим открытиям, удостоенным теперь Нобелевской премии, Риккардо Джаккони является общепризнанным основателем рентгеновской астрономии – науки, насчитывающей чуть больше 50-ти лет. Дело в том, что о существовании космического рентгеновского излучения учёные долгое время вообще ничего не знали, поскольку оно практически полностью поглощается земной атмосферой. Лишь в 1949-м году с помощью весьма примитивного детектора, установленного на одной из первых ракет, было впервые обнаружено рентгеновское излучение Солнца. А десять лет спустя Риккардо Джаккони вместе с группой коллег начал разработку нового прибора для регистрации космических рентгеновских лучей. Сконструированное ими оборудование, основу которого составили три счётчика Гейгера и система изогнутых зеркал, было установлено на ракете. За те шесть минут, что ракета пробыла в космосе, разработанный Джаккони прибор успел, во-первых, обнаружить диффузное, то есть фоновое рентгеновское излучение, идущее как бы со всех сторон, а во-вторых, зарегистрировать точечный источник рентгеновского излучения вне Солнечной системы. Сам новоиспечённый лауреат вспоминает об этом так:

В начале 60-х годов нам посчастливилось обнаружить первую рентгеновскую звезду. На протяжении двух последующих десятилетий нам удалось открыть много новых рентгеновских звёзд, а главное – выяснить их природу, поскольку это были очень странные объекты, совершенно не похожие на наше Солнце: большую часть своей энергии они излучали в рентгеновском диапазоне.

Правда, чтобы установить, что же представляют собой эти объекты, учёному пришлось разрабатывать всё более совершенные рентгеновские телескопы. Джаккони говорит:

Мы продолжили нашу работу, создав в 70-м году исследовательский спутник "Uhuru", а в 79-м году – спутник "Эйнштейн" – первый спутник с системой фокусировки рентгеновских лучей.

За одну неделю полёта спутник "Uhuru" (на суахили это слово означает "Мир") дал учёным больше научных данных, чем все их прежние эксперименты вместе взятые. В частности, прояснилась и природа тех самых загадочных источников рентгеновского излучения в дальнем космосе. Джаккони поясняет:

Оказалось, что это двойные системы, состоящие из обычной звезды и чёрной дыры или нейтронной звезды. Таким образом, это были представители ранее нам неизвестного типа космических объектов, а источником излучаемой ими в рентгеновском диапазоне энергии была не ядерная реакция, а материя, которая отрывалась от нормальной звезды и падала в чёрную дыру.

Данные, полученные с помощью рентгеновских телескопов, разработанных при самом непосредственном участии Джаккони, заставили учёных, по выражению Нобелевского комитета, кардинально пересмотреть свои представления об устройстве Вселенной. Например, о фоновом рентгеновском излучении. Профессор Гюнтер Хазингер (Günther Hasinger), директор Института астрофизики имени Макса Планка в Гархинге, говорит:

Мы обнаружили, что источником этого фонового излучения являются многие и многие миллионы отдельных объектов. И как оказалось, почти всё это – чёрные дыры в центрах очень далёких галактик на самом краю видимой Вселенной.

Но рентгеновская астрономия, основы которой заложил Риккардо Джаккони, позволила сделать и другие фундаментальные открытия, – говорит профессор Хазингер:

С тех пор выяснилось, что в центре практически каждой галактики имеется чёрная дыра и что эта чёрная дыра, судя по всему, является неотъемлемой частью процесса возникновения галактики. Похоже, даже самые маленькие галактики имеют в центре по чёрной дыре, и если со временем отдельные галактики объединяются, то и их чёрные дыры сливаются в одну. А фоновое рентгеновское излучение – это предсмертные крики материи, засасываемой в бесчисленные чёрные дыры. Таким образом, вся история Вселенной предстаёт пред нами как процесс пожирания материи чёрными дырами.

Рентгеновская астрономия продолжает развиваться и совершенствоваться. Она является, например, незаменимым инструментом в деле изучения загадочного тёмного вещества – так называемой скрытой массы Вселенной. Это вещество, как считается, удерживает своим притяжением раскалённый газ, обнаруженный рентгеновскими телескопами в гигантских скоплениях галактик. Сегодня в космосе на околоземной орбите находятся сразу два рентгеновских телескопа – американский "Chandra" и европейский "XMM Newton", и в обоих использованы разработки Риккардо Джаккони.

Владимир Фрадкин, НЕМЕЦКАЯ ВОЛНА