Время вспять

После этого было бы несправедливо не указать на недавнюю (1988) публикацию, пришедшую к нам с севера, о наблюдении на реакторе Ризе (Ris~o) ядерного антиферромагнитного порядка. Я процитирую только первые строчки (курсив мой). «В этом письме мы докладываем о первом наблюдении нейтронной дифракцией спонтанного ядерного антиферромагнетизма в чистом металле». Почему бы авторам не прибавить: «… на северной широте Ризе».

*Трутни

Главный недостаток нашего метода поляризации ядерных спинов для наблюдения ЯМП заключается в присутствии парамагнитных дефектов, которые намеренно вводятся в образец. Локальные беспорядочные магнитные поля, которые они создают вокруг себя, слегка марают ту чистоту ЯМП, которой я так дорожу. Способ, чтобы бороться с этим беспорядком, подсказывают пчелы, которые выгоняют из улья всех самцов (царей Соломона) после того, как они исполнили свой долг, т. е. оплодотворили, виноват, поляризовали, ядерные спины. Вот как это делается.

Парамагнитные дефекты можно создать в молекулярных кристаллах с помощью света, который переводит некоторые молекулы в возмущенное парамагнитное состояние. Ими пользуются для ДЯП в присутствии света. Когда ДЯП закончена, свет гасят и дефекты моментально исчезают (по крайней мере, те, которые мешают, т. е. магнитные). Идея проста, но легче сказать, чем сделать. К сложному оборудованию ДЯП нужно прибавить всю оптическую аппаратуру, связанную с изучением возбужденных триплетов в молекулярных кристаллах. Мне удалось заинтересовать этим делом Венкебаха и его коллегу Шмидта из Лейдена. Несколько лет тому назад им удалось получить таким методом соляризации до 40 %.

— поздний ребенок

Та работа, о которой я сейчас расскажу, не имеет ничего общего с предыдущим, и что меня в ней забавляет, это каким образом она появилась на свет. Она является моей последней чисто научной публикацией (1984) и, несомненно, моим первым и последним вкладом в SR, область, в которую я въехал, так сказать, задним ходом.

Прежде всего, что такое SR? Давно известно, что у электрона есть тяжелый брат, так называемый мюон, масса которого в двести раз больше электронной. Согласно законам квантовой электродинамики, которым мюон рабски подчиняется, у него есть магнитный момент меньший электронного в точно таком же отношении. Мюон — неустойчивая частица, которая распадается в среднем через 2,2 микросекунды на электрон (или позитрон, так как заряд мюона может быть положительным или отрицательным) и на две нейтральные частицы — нейтрино и антинейтрино. Принцип SR (muon spin rotationon или resonance) основан на двух фактах: 1)когда быстрый положительный мюон останавливается в мишени, он поляризован на все сто процентов по направлению своего импульса, 2)когда он распадается, существует сильная корреляция между направлением его спина и импульсом позитрона. Эти два факта позволяют следить за прецессией спина мюона или вообще за любой его дезориентацией внутри мишени, считая число позитронов, излучаемых в данном направлении. Таким образом, спин мюона, так же как и спин нейтрона (и, как мы видели раньше, ядерный спин ⁴³Са), является микроскопическим зондом для тонкого изучения магнитных свойств сплошной материи. Тот факт, что мюон вооружен электрическим зарядом и не может, как нейтрон, блуждать инкогнито внутри материи, имеет последствия, положительные или отрицательные в зависимости от изучаемой проблемы. Прибавим еще, что положительный мюон может захватить электрон и сформировать с ним водородоподобный атом, так называемый мюоний.

В 1984 году более полтысячи физиков занимались SR в разных частях света, и я решил ознакомиться с этим предметом. Считая самым верным средством освоить предмет — это его преподавать, я выбрал SR темой моего курса в Коллеже на 1984 год.

Один факт привлек мое внимание. При отсутствии внешнего магнитного поля неподвижный мюон быстро теряет поляризацию через флип-флопы (или флип-флипы) со спинами ближайших ядер. Деполяризацию мюона можно отвратить с помощью внешнего, так называемого удерживающего, поля, направленного вдоль начальной поляризации мюона. В этом поле ларморовская частота мюона гораздо выше, чем частота любого ядерного спина, флип-флопы запрещены, так как при них энергия не сохраняется, и поляризация мюона не изменяется. Все это было широко известно.

Однако, и в этом заключалась моя идея, если внутри образца существует уже ядерное расщепление в отсутствие внешнего поля, обусловленное, например, квадрупольным взаимодействием или сверхтонкой структурой свободного радикала, то, подбирая подходящее значение внешнего поля, можно заставить это расщепление совпасть с зеемановским расщеплением спина мюона. При таком значении поля могут произойти резонансные флип-флопы спина мюона со спинами ядер мишени, что можно наблюдать через резонансную деполяризацию мюона. Метод легко распространить на тот случай, когда мюон захватил электрон и сформировал мюоний. Он широко известен в ЯМР под названием пересечение уровней.