Физика

Нобелевские лауреаты: Луис Альварес

Наблюдая за Хиросимой

Луис Альварес около самолета B-29

Как попасть в науку благодаря протекции сестры, сделать множество открытий в области элементарных частиц, пытаться разгадать тайну египетских пирамид и убийства Кеннеди, наблюдать воочию за гибелью Хиросимы и Нагасаки и понять, как вымерли динозавры, рассказывает наш очередной выпуск рубрики «Как получить Нобелевку».

Луис Уолтер Альварес

Родился: 13 июня 1911 года, Сан-Франциско, Калифорния, США.

Умер: 1 сентября 1988 года, Беркли, Калифорния, США.

Нобелевская премия по физике 1968 года (единолично). Формулировка Нобелевского комитета: «За решающий вклад в физику элементарных частиц, в частности за открытие большого числа резонансов, что стало возможным благодаря разработанной им методике использования водородной пузырьковой камеры и обработке данных (for his decisive contributions to elementary particle physics, in particular the discovery of a large number of resonance states, made possible through his development of the technique of using hydrogen bubble chamber and data analysis)».

Наш герой был одним из четырех детей в семье Уолтера Клемента Альвареса и Харриет Скидмор Смит. Отец его был профессиональным врачом, профессором Калифорнийского университета и медицинским журналистом. Когда Луису исполнилось 14, отец получил должность в клинике Мэйо и вся семья переехала в Рочестер, а Альварес в итоге поступил в Чикагский университет. Правда, на химический факультет, но один из преподавателей физики ободрил его — и экспериментальная наука обрела одного из величайших физиков в области элементарных частиц, который начал делать свои первые шаги под руководством великого Эрнеста Лоуренса, создателя ускорителей.

Вот как описывает пришествие Альвареса в Большую науку его биография, написанная сразу после смерти: «Недавно женившийся новоиспеченный доктор философии Чикагского университета был обязан своей работой в те мрачные дни депрессии непотизму: его сестра Глэдис была секретаршей Лоуренса. Высокий, светловолосый, голубоглазый и подтянутый, Луи позже будет описан Джейн Уилсон, женой другого ученика Эрнеста Лоуренса, как “золотой мальчик". Лишенный всего латиноамериканского и невинный в большинстве глав ядерной физики, Луи начал свои жизненные приключения». «Невинность» скоро исчезнет, а вот сокращение «Луи» останется до конца жизни: его звали так все и всегда.

Альварес показал свой огромный талант к науке весьма рано. Еще до войны он экспериментально продемонстрировал, что ядро атома может захватывать некоторые электроны, расположенные на самых близких к ядру орбиталях этого атома. Так был открыт K-захват. Он вместе с Джекобом Вайенсом на циклотроне в Беркли получил искусственный изотоп ртути (Hg-198), он открыл радиоактивный изотоп водорода — тритий, он же открыл легкий и очень важный для физики изотоп гелия, гелий-3… И все это — до начала Второй мировой войны.

Биографии многих, очень многих выдающихся физиков в США или Британии того времени схожи: они или разрабатывали радары, или делали атомную бомбу. Альварес объединил в себе обе судьбы: с 1940 по 1943 года он занимался радарами, а затем переключился на Манхэттенский проект.

Фото с пропуска Альвареса в Лос-Аламос

Wikimedia Commons

В 1945 году Альварес был одним из тех, кто непосредственно наблюдал за ядерными взрывами уже в статусе военного. В армии США он получил звание подполковника (lieutenant colonel) и непосредственно перед испытанием первого ядерного заряда (Trinity) он заставил команду Манхэттенского проекта разработать систему калиброванных микрофонов и датчиков, которые сбрасывались на парашюте с самолета и передавали бы данные о распространении взрывной волны. Более того, и сам Альварес наблюдал за взрывом с борта самолета B-29. И не только за испытанием Trinity. Подполковник Альварес был включен в состав экипажа самолета B-29 Great Artist, который 6 августа наблюдал за взрывом бомбы «Малыш» над Хиросимой, а 9 августа изучал эффект от «Толстяка» над Нагасаки. Сохранилась фото улыбающегося Альвареса в каске и бронежилете на фоне «Большого артиста».

К слову, нужно сказать, что фото это и полеты — не только (и, возможно, не столько) желание покрасоваться или своими глазами увидеть смерть тысяч и тысяч людей или даже первым получить научные данные. Альварес страстно любил небо и самолеты. Еще будучи студентом, он параллельно ходил на курсы пилотов и занимался этим настолько самоотверженно и талантливо, что первый самостоятельный полет ему доверили всего лишь после трех часов с четвертью, которые он налетал с инструктором.

Когда война окончилась, Альварес вернулся в Беркли. Он заведовал строительством радиационной лаборатории для фундаментальных исследований в области атомной энергии и руководил постройкой 40-футового линейного ускорителя протонов, первого в своем роде.

Как мы помним, впервые треки элементарных частиц сумел сфотографировать Чарльз Вильсон, создав камеру своего имени.

Вильсон работал с камерой расширения, в которой туман образовывался вокруг частиц пыли. Он заметил, что, даже если удалить всю пыль в воздухе, туман в условиях влажности все равно образуется. Догадка Вильсона была гениальной: он предположил, что центрами сгущения служат ионизированные молекулы газов, составляющих воздух: кислорода и азота.

Он заполучил рентгеновскую трубку (напомним, рентгеновское излучение только-только было открыто) и тотчас получил доказательство своей правоты: Х-лучи вызвали обильное образование тумана в его камере. В 1910 году Вильсон сумел сфотографировать альфа-частицы и в итоге в 1927 году получил Нобелевскую премию.

Затем настал час Дональда Глазера. 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.

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. Глазер получил свою Нобелевку в 1960 году.

А вот следующий этап — за нашим героем. Он познакомился в 1953 году с работой Глазера и понял, как можно усовершенствовать его камеру — жидкостью в новой камере стал жидкий водород. Вот как Альварес описывал встречу с Глазером на съезде Американского физического общества в Вашингтоне: «Слева от меня сидел молодой парень, который не пережил тех волнующих лет (речь о работе над атомной бомбой — прим. авт), и вскоре мы разговорились об интересующих нас физических проблемах. Он очень сожалел о том, что никто не услышит его десятиминутного сообщения, так как оно было последним на субботнем вечернем заседании, т. е. вообще являлось самым последним докладом на съезде. В то время, время тихоходных самолетов, последний доклад на съезде слушало еще меньшее число людей, чем сейчас (если это только возможно). Я допускал, что, быть может, тоже не буду присутствовать на этом докладе? и попросил его объяснить мне то, о чем он собирается рассказывать. Так я впервые услышал от Дональда Глазера об изобретении им пузырьковой камеры и о том, до какой стадии он довел ее разработку. <…> В эту же ночь мы обсуждали в моем номере то, что я узнал, с моим коллегой по работе в Беркли Фрэнком Кроуфордом. Я сказал ему, что, вероятно, мы могли бы сразу же по возвращении в Беркли приступить к созданию жидководородной камеры куда больших размеров, чем все, о чем мог мечтать Глазер. Он решил по дороге обратно в Беркли остановиться в Мичигане, чтобы ознакомиться, по возможности более детально, с глазеровской техникой».

Несколько лет упорной работы, множества физических и технологических проблем и находок — и водородная камера Альвареса заработала, давая изображения треков элементарных частиц.

Но это было половиной дела: полученные треки, миллионы фотографий было нужно обработать. По-хорошему, Альварес был одним из первых, кто столкнулся с тем, что называется бигдатой. И одним из первых, кто стал применять мощные компьютеры для обработки огромных данных. Результатом стало открытие огромного количества открытых так называемых резонансов — короткоживущих частиц, которые нельзя наблюдать непосредственно, но существование которых проявляется во внезапном увеличении числа других частиц, возникающих при определенной энергии. К началу 1960-х годов количество открытых частиц возросло с 30 до сотни с лишним. И почти все они были открыты Альваресом. Или его коллегами. Или теми, кто использовали его камеру. Или теми, кто использовал его метод обработки данных.

Нобелевская фотография Альвареса с шариком, на котором изображен один из открытых резонансов

Wikimedia Commons

Как результат — закономерная и единоличная Нобелевская премия 1968 года по физике.

В своей Нобелевской лекции Альварес сказал: «В этой связи мои коллеги и я признательны Шведской королевской академии наук за упоминание обоих аспектов нашей работы в Лоуренсовской радиационной лаборатории и Калифорнийском университете — наблюдения новых групп частиц и создания для этого соответствующей аппаратуры».

И что, думаете, 57-летний физик, вознесшийся на вершину научного Олимпа, успокоился? Нет, ни разу. За оставшиеся 20 лет жизни (Альварес умер в результате осложнений операции по поводу рака пищевода, прах его развеяли над заливом Монтерей). На его счету — экспедиция в Каир (еще до Нобелевки), где он при помощи космических лучей пытался найти неоткрытые камеры в пирамиде Хефрена, своя версия убийства Кеннеди и последнее его крупное открытие, которое он сделал вместе со своим сыном, геологом Уолтером Альваресом — иридиевая аномалия в морских отложениях, которая привела Альваресов к одной из самых громких гипотез XX века — вымирания динозавров в результате падения астероида в районе Мексиканского залива. Потрясающий человек, потрясающая жизнь!

Отец и сын Альваресы на фоне выхода мел-палеогеновой границы

Wikimedia Commons

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.