Физика

Нобелевские лауреаты: Альфред Кастлер

Двойной нобелиат

Французский физик Альфред Кастлер

Problemy/Wikimedia Commons/NASA/JLP-Caltech/Indicator.Ru

Как солнечное затмение может привести к Нобелевской премии, зачем нужно накачивать лазеры и как маленькая научная группа может повлиять на атомную физику всего мира — в новом выпуске рубрики «Как получить Нобелевку».

Альфред Кастлер

Родился 3 мая 1902 года, Гебвиллер, земля Эльзас — Лотарингия, Германская Империя

Умер 7 января 1984 года, Бандоль, департамент Вар, Франция

Лауреат Нобелевской премии по физике 1966 года (единолично). Формулировка Нобелевского комитета: «За открытие и разработку оптических методов исследования резонансов Герца в атомах (for the discovery and development of optical methods for studying Hertzian resonances in atoms)».

Родился нынешний нобелиат подданным «заклятого» соседа Франции — в 1902 году Эльзас находился во владении Германской Империи. Позже ему еще раз предстоит пережить оккупацию той же страной.

В науку сына Фредерика Кастлера и его супруги Анны, урожденной Фрей, привели два обстоятельства. Во-первых, сам Альфред был от природы очень любознательным ребенком, а во-вторых, эту любознательность возвело в квадрат и затем умножило на два полное солнечное затмение. После чего выбор жизненного пути был предопределен.

Кастлер учился в лицее Бартольди в городе Кольмар, а в 1921 году поступил в Высшую нормальную школу, с которой будет связана вся его дальнейшая жизнь. Только 15 лет после окончания он сначала преподавал физику в лицее Мюлуза, а потом в университете Бордо. И лишь затем он вернулся в ENS, основал там со своим студентом Жаном Бросселем небольшую исследовательскую группу по спектроскопии и сделал в начале 1950-х годов несколько открытий, которые, наряду с фундаментальными работами лауреатов 1964 года Александра Прохорова, Николая Басова и Чарльза Таунса, привели человечество в эпоху лазеров, без которых уже невозможно представить современную физику. Главное открытие, которое сделали Кастлер и Броссель, — это метод оптической накачки.

Жан Броссель

CNRS Photothèque/OROP

Что это такое? Хорошо известно, что при поглощении квантов света электроны в атомах могут перейти на более высокий уровень, а потом, испустив квант, вернуться назад. А можно перевести электроны на несколько уровней выше, после чего они спустятся не на самый низкий уровень, а «этажом повыше». В результате возникает избыточная заселенность второго уровня, что можно использовать потом в лазере. То есть накачка — это в прямом смысле «закачивание энергии» в рабочее тело лазера при помощи оптического излучения.

Кроме этого Кастлер открыл метод двойного резонанса. Вот в чем его суть: на самом деле каждый энергетический уровень атома представляет собой множество подуровней из-за сдвигов. Это называется тонкой структурой спектра. Для того чтобы увидеть близко расположенные линии, атомы кроме света облучают другим электромагнитным излучением, например радиоволнами. Этот дополнительный метод называется резонансом Герца в честь Генриха Герца, который открыл радиоволны (хотя на самом деле этот метод создан нобелевским лауреатом Исидором Раби). Но этот метод несовершенен. Дело в том, что атомов, возбужденных радиоволнами, оказывается очень мало и их сигнал очень, очень сложно увидеть.

Кастлер с Бросселем открыли, что дополнительный поляризованный луч света усиливает резонанс и позволяет точно фиксировать подуровни возбужденных атомных состояний. Этот метод получил название двойного резонанса. По совокупности этих работ Кастлера (но почему-то не Бросселя) удостоили Нобелевской премии по физике 1966 года. Единолично, а это будет встречаться все реже и реже.

В своей речи на Нобелевском банкете Кастлер, во-первых, воздал должное своему бывшему студенту, а ныне другу и коллеге Жану Бросселю, с которым он и сделал все эти открытия, но который не получил вместе с ним Нобелевской премии, а во-вторых, порадовался тому, что французы снова начали получать высшую научную награду после большого перерыва, и привел две причины для этого.

«Наша молодая интеллектуальная элита была уничтожена во время Первой мировой войны, целое поколение исследователей было скошено на полях сражений. Каждый год церемония 11 ноября, которая объединяет нас вокруг памятника умершим, перед бесконечным списком учеников Нормальной школы, павших на поле брани, позволяет нам оценить необъятность этого жертвоприношения. Сейчас новые поколения стремятся заполнить этот большой вакуум, а также тот вакуум, который был образован изоляцией последней войны. Мы постоянно требуем для них больше средств, помещений, средств для сотрудничества с исследователями других стран в доверии и дружбе».
Альфред Кастлер
директор лаборатории герцевской спектроскопии ВНШ

Для Кастлера премия действительно была очень важной именно в контексте возрождения Франции. У нас есть возможность посмотреть, с каким чувством он слушает собственное представление на нобелевской церемонии. Все видно на его сосредоточенном и одухотворенном лице.

Но нельзя не сказать и о еще одной важной заслуге Кастлера и Бросселя: с 1951 года их группа начала активно готовить молодых ученых. Небольшая лаборатория в Высшей нормальной школе оказала огромное влияние на всю атомную физику Франции, да и мира тоже. Недаром среди учеников нобелиата — Клод Коэн-Таннуджи, который развил лазерную технику до такого уровня, что придумал, как при помощи лазерного луча охлаждать отдельные атомы и манипулировать ими. Но о нем мы поговорим, когда доберемся до 1997 года.

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.