Нобелевские лауреаты: Дональд Глазер. Физика в пузырьках

О том, как из физики перейти в биотехнологию через нейробиологию, а также о роли пива и эля в развитии физики элементарных частиц — в очередном выпуске рубрики «Как получить Нобелевку»

Дональд Артур Глазер

Родился 21 сентября 1926 года, Кливленд, Огайо, США

Умер 28 февраля 2013 года, Беркли, Аламида, Калифорния, США

Нобелевская премия по физике 1960 года. Формулировка Нобелевского комитета: «За изобретение пузырьковой камеры (for the invention of the bubble chamber)».

Родители Дональда Глазера были нашими соотечественниками: Уильям Глазер и его жена Лена эмигрировали из России. Отец был оптовым торговцем и мог обеспечить сыну нормальное образование. Правда, сначала мальчика учили играть на скрипке в Кливлендском институте музыки (юный Глазер даже выступал с местным симфоническим оркестром), но затем он стал учиться инженерному делу в Кейсовском технологическом институте (ныне это Университет Кейс Вестерн Резерв). Потом – аспирантура в Калтехе, которая и определила будущее Глазера.

Собственно говоря, первые же самостоятельные работы Глазера и привели его к Нобелевской премии в очень молодом возрасте. Так совпало, что гениальное изобретение Чарльза Вильсона, которое позволило впервые увидеть путь элементарной частицы, перестало удовлетворять исследователей, а в науке появился человек, способный решить возникшую проблему.

О начале работ, приведших Глазера к Нобелевской премии, он сам вспоминал в нобелевской лекции: «Я стал пытаться придумать новые методы исследования физики элементарных частиц в 1950 году, почти сразу после открытия «странных частиц» в космических лучах. В то время было обнаружено большое количество этих частиц и их все еще называли V-частицами или «крюками» из-за их необычного вида на снимках, сделанных в камере Вильсона. И действительно, я помню, что, когда я покидал Калифорнийский технологический институт в 1949 году после завершения диссертационной работы по космическому излучению под руководством профессора Карла Д. Андерсона (нобелевский лауреат 1936 года за открытие позитрона в космических лучах, — прим. Indicator.Ru), в аудитории наверху доски был вопрос: "Что к сегодняшнему дню мы знаем о крюках?"»

Собственно говоря, именно эти V-частицы и показали необходимость разработки нового инструмента для визуализации треков частиц. Дело в том, что большинство случаев их распадов регистрировалось на снимках, которые делали в камере Вильсона при исследовании ливней космических лучей (когда одна частица, сталкиваясь с веществом атмосферы, вызывает поток вторичных частиц). Но рождение этих частиц происходило – всегда – в свинцовых пластинах над камерой. Поскольку странные частицы рождались с малой вероятностью, а плотность газа в камере Вильсона была невысокой, зафиксировать их рождение в самой камере не удавалось. А нет момента рождения на снимке – нет и возможности проверить разные гипотезы о генезисе этих частиц.

«Таким образом, возникла необходимость в детекторе частиц высокой плотности и большого объема (от десятков до сотен литров). В нем следы частиц можно было бы фотографировать и осуществлять наглядное сканирования. Для этого были построены камеры Вильсона, работавшие с инертным газом под давлением до 300 атмосфер. Однако они были сложными и неуклюжими устройствами, требовавшими интервалов от 15 до 30 минут между циклами расширений», — продолжает в своей лекции Глазер.

Очень скоро после начала размышлений Глазер получил новые вводные: он узнал, что начинают строиться большие протонные синхротроны с запредельными на тот момент уровнями энергии (про флагман ускорительных технологий мы рассказали в одной из глав про предыдущую Нобелевку по физике). Было важно, чтобы новый детектор мог проводить цикл за считанные секунды и чтобы он максимально соответствовал уровню ускорителей. По словам ученого, именно поэтому он отказался от химических и твердых систем: в них быстро повторить цикл было невозможно.

По идее Глазера, новое поколение детекторов элементарных частиц должно было быть основано на перегретой жидкости под давлением. Нагревая жидкость под высоким давлением и резко сбрасывая его, физик в итоге сумел создать очень неустойчивое состояние вещества и зафиксировать четкие треки частиц с помощью высокоскоростной киносъемки прежде, чем жидкость закипала.

Первую тестовую систему Глазер построил на диэтиловом эфире – и не прогадал. Перегретый до 140 градусов Цельсия эфир под действием гамма-излучения неистово закипал. Любопытный факт: для того, чтобы исключить воду и разные ее вариации (Глазер предполагал, что из-за высокого коэффициента поверхностного натяжения вода не пригодится для пузырьковой камеры), исследователь притащил в лабораторию «несколько бутылок пива, имбирного эля и лимонада», нагрел их и открывал в присутствии радиоактивного источника и без него: разницы в том, как эти напитки пенились, не было никакой. Но главное – физика элементарных частиц получила новые детекторы, которые могли видеть частицы с совсем другой энергией.

Рабочим телом пузырьковых камер могла быть разная жидкость – эфир, жидкий водород, ксенон… Их размеры в итоге достигали нескольких метров – и это открыло абсолютно новые возможности для изучения тайн микромира. Естественно, Нобелевская премия была ожидаема. Глазер получил ее единолично и достаточно быстро – всего через восемь лет после экспериментов с имбирным элем. Редкий случай уже в те годы, но Кай Сигбан из Шведской королевской академии наук честно сказал: «Некоторые другие ученые также внесли большой вклад в практическое оформление различных типов пузырьковых камер, но фундаментальный вклад в ее создание принадлежит Глазеру».

Итак, 34-летний физик получает высшую награду. Перед ним открыты все пути, мировая слава бежит впереди него. Можно почивать всю жизнь на лаврах, можно продолжить работы в своей области. Но жизненная траектория нашего героя оказалась закрученнее самого хитрого трека в пузырьковой камере. Он резко меняет свою жизнь – и переходит… в молекулярную биологию. При этом, как Глазер потом признавался в интервью, решение о смене области деятельности (причем кардинальной смене) он принял еще до присуждения премии.

Глазер прожил 86 лет. Он побыл молекулярным биологом (где достиг достаточно многого), перешел в бизнес и создал едва ли не первую в мире биотехнологическую компанию, а затем вообще перешел в нейробиологию. Потрясающий даже для нобелевского лауреата путь!

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.