Время вспять, или Физик, физик, где ты был

Я закончу Робертом Вивианом Паундом (Robert Vivian Pound), с которым подружился по приезде в Гарвард и с которым дружу уже более тридцати пяти лет, правда, эта дружба прерыпается время от времени бурями различной силы. Родившийся в 1919 году в Канаде, но, ставший теперь гражданином США, Паунд — пример того, что американцы зовут «рано начавший» (early starter) со всеми преимуществами и некоторыми из слабостей молниеносного старта. (Я для них, наоборот, «поздно начавший» (late beginner).) Настоящий волшебник электроники, во время войны Паунд участвовал в деятельности знаменитой «Лаборатории излучения» (Radiation Laboratory) MIT и изобрел несколько приборов, которые быстро принесли ему известность. Сразу по окончании войны он участвовал с Парселлом и Торри в открытии ЯМР, где его искусство в обнаружении слабых сигналов сыграло важную роль. Здесь же произошла первая неудача в его карьере (но это моя догадка, он никогда мне этого не доверял). Он прекрасно понимал все значение их открытия, которое «тянет на Нобелевскую», на треть которой он вполне мог рассчитывать. Но пару недель спустя другая группа, возглавляемая Блохом и тоже состоящая из трех, объявляет о том же открытии. Нобелевскую шестерым не дают, и лишь руководители — Парселл и Блох — поделили эту награду в 1952 году. (О другом травмирующем случае его карьеры я расскажу в другой главе.)

Однако Паунд не падает духом и после участия в БПП изобретает новый детектор ЯМР, очень простой и эффективный, известный в литературе под названием «Коробка Паунда» (Pound box), с помощью которого он первым обнаруживает влияние квадрупольного момента ядра на ЯМР. Наконец, вместе с Парселлом он вводит понятие «отрицательной спиновой температуры», о которой будет речь дальше. Добавлю еще, что он очень хорош собой (вернее, был тридцать пять лет тому назад), с чисто британской элегантностью, которую он поддерживает частыми поездками в Алглию. У него трудный характер, у меня тоже, но только за известным порогом. Когда переступался этот порог, возникали бури, о которых я говорил. Он часто меня упрекал: «Вы не слушаете, что я говорю, а только ждете, чтобы я замолчал, чтобы сказать то же самое». В этом была доля правды, но виной была его сложная и порой канительная манера выражаться, из которой было нелегко извлечь содержание. Я отвечал, что он должен быть доволен тем, что, по крайней мере, я его не перебиваю.

*Возмущенные угловые корреляции

Мы с Паундом работали вместе над этой задачей. Вот в чем дело. Когда радиоактивное ядро испускает один квант за другим, направление испускания первого становится определяющим для спина ядра в его промежуточном состоянии и угловое распределение второго кванта по отношению к этому направлению не изотропно. Эта связь между направлениями двух последовательных излучений и есть угловая корреляция. Из ее изучения можно извлечь информацию о спинах ядра в разных состояниях во время каскада и о мультиполярности различных квантов. При этом предполагается, что направление ядерного спина в промежуточном состоянии не возмущено разными полями, которые этот спин может «увидеть» за свое время жизни, будь эти поля электрическими или магнитными, внутренними или внешними, постоянными или переменными.

Эффекты постоянного магнитного поля, как и изотропной сверхтонкой структуры, были известны раньше. Но никто не знал лучше меня, как может отличаться сверхтонкое взаимодействие в веществе, находящемся в конденсированном состоянии, от его вида в свободном атоме, и никто не знал лучше Паунда, что ядра имеют квадрупольные моменты, которые взаимодействуют с градиентами электрических полей в материи. Наконец, никто не изучал действия переменных полей. В нескольких письмах в «Physical Rеview» и затем в обширной статье, опубликованной в 1953 году, мы дали полную теорию возмущенных угловых корреляций, которая, несмотря на прошедшие тридцать пять лет, мало отличается от ее сегодняшней формы. В частности, мы объяснили, почему возмущение корреляций значительно слабее в жидких радиоактивных источниках, чем в твердых. Это такое же явление, как и «сужение благодаря движению», хорошо известное в ЯМР. В жидкостях возмущающие внеядерные поля колеблются очень быстро, гораздо быстрее, чем в твердых телах, и их возмущающее влияние на ориентацию ядерного спина, усредняется почти до нуля.

Во время этой работы я нашел несколько слабостей, неточностей и даже просто ошибок в БПП, вполне естественных для пионерской статьи, и воспользовался нашей работой, чтобы представить теорию ядерной релаксации в более сжатой и более элегантной форме, которая нашла впоследствии свое окончательное выражение в монографии «Принципы ядерного магнетизма». Одновременно я размышлял о более общей проблеме квантовой статистики — о переходе от уравнения Шредингера, которое орудует амплитудами вероятности, к уравнению Больцмана (или его обобщению, так называемому «основному» уравнению), которое оперирует самими вероятностями.