Превращения гиперболоида инженера Гарина

В 1964 году в этой лаборатории был произведен замечательный опыт. В этом году в Лозанне происходила Международная выставка часов. Американская фирма Вариан послала на выставку два водородных генератора, частота которых перед отправкой в Европу была с точностью до 12-го знака определена при помощи цезиевого стандарта частоты Национального бюро стандартов США. Генераторы были разобраны, привезены в Европу и опять собраны. После закрытия выставки эти генераторы были вновь разобраны и перевезены в Невшатель.

Здесь их снова собрали. Карташоф, Мену и американские инженеры сравнили частоты путешествующих водородных генераторов и невшательского цезиевого стандарта частоты. Результат превзошел все ожидания. Измерения совпали с проведенными в США до 12-го знака! Точность в десять раз превзошла то, на что рассчитывали ученые. А рассчитывали они «только» на одиннадцатый знак. На большее они и не надеялись. Даже это было слишком смело. Результаты же совпали и в двенадцатом знаке. Так выяснилось, что квантовые стандарты частоты могут быть еще более усовершенствованы. Для этого необходимо доказать, что совпадение не было случайным.

ЗАКУТАЕМ АТОМЫ В ВАТУ

Итак, два главных конкурента на почетное звание чемпиона точности, простите, на возведение в ранг эталона частоты, или, что то же самое, эталона секунды, встретившись, обменялись взаимными комплиментами. Но спор между ними еще не решен.

А в это время набирал силы еще один претендент. Только год назад он скромно довольствовался второстепенной ролью. Но теперь он готовится расширить свои владения. Он прост, легок, дешев, не боится тряски, хотя и нуждается в предварительной калибровке по эталону. Работают в нем атомы щелочного металла рубидия, взаимодействующие с сантиметровыми радиоволнами.

Фактически это тоже радиоспектроскоп. Уже третий, встречающийся на нашем пути. Но это не газовый спектроскоп, с которым работали Басов и Прохоров, и не пучковый спектроскоп Раби. Его изобрели в 1949 году французские ученые А. Кастлер и И. Броссел. Они предложили новый метод радиоспектроскопии, который назвали методом двойного резонанса.

Ничто в жизни, в искусстве, в науке не проходит даром. Все оставляет на поверхности свой «культурный слой». По монетам, украшениям и домашней утвари, найденным археологами, судят об уровне знаний, образе жизни и привычках наших предков. По картинам и книгам предшественников учат следующие поколения. Каждый прибор, всякая плодотворная гипотеза, любая оправдавшая себя теория — это ступенька, по которой новое поколение ученых взойдет выше по дороге прогресса.

Ступенькой, с которой начали свое восхождение Кастлер и Броссел, возможно, послужило учение о комбинационном рассеянии света, открытом за двадцать лет до того Ландсбергом и Мандельштамом в кристаллах и Раманом и Кришнаном в жидкостях. Но вместо комбинации световых волн с акустическими они задумали воздействовать на вещество одновременно светом и радиоволнами.

Так, несколько иным способом, чем Раби, они хотели изучать поведение атомов во время резонанса их с радиоволной. Но они пошли дальше, усложнили опыт и углубили свое проникновение в суть явлений микромира. Уравнения квантовой механики открыли им еще один секрет: оказывается, в момент резонанса с радиоволной атомы особенно жадно поглощают свет. Свет как бы подбадривает их, накачивает в них новые силы для более полного и интенсивного общения с радиоволной. Недаром в научной литературе укрепился термин «оптическая накачка». Формулы же подсказали французским ученым, что новый метод избавит их от громоздких магнитов Штерна и Раби. Для того чтобы обнаружить спектральную линию, им достаточно наблюдать, как атомы поглощают свет. Как только радиоволна, испускаемая генератором, попадет в резонанс с атомами, поглощение ими света увеличится. Значит, по величине поглощения света можно судить о том, настроена ли радиоволна в резонанс с атомами.

Для большинства физиков это было совершенно неожиданным. Это противоречило опыту, накопленному радиоспектроскопией со дня ее официального рождения. Но необычность и невозможность далеко не одно и то же. Предложение казалось фантастическим потому, что оно основывалось на неизвестной до того связи между радиочастотными и оптическими спектрами. А связь эта существовала, и Кастлер и Броссел смело использовали ее в своем приборе. И значительно упростили себе задачу наблюдения за резонансом. Раби придумал для наблюдения резонанса очень изощренный способ, ничего не скажешь. Чем больше атомов принимали участие в резонансе и переставали слушаться магнитов, тем меньшее количество их приходило к индикатору. Раби узнавал об этом по показаниям гальванометра. Он мог очень точно засечь момент резонанса. Но платил за это возней с магнитами, усложняющими всю установку.