На заре ядерной физики

Академик С.С. Герштейн
Институт физики высоких энергий, Протвино

В конце 20-х годов прошлого века в Ленинграде учились и работали три неразлучных друга - Георгий Гамов, Дмитрий Иваненко и Лев Ландау. К ним часто присоединялся и четвертый - Матвей Бронштейн. Вместе они восторгались квантовой механикой, зародившейся всего два-три года тому назад; вместе увлеченно работали и веселились, ходили на вечеринки, эпатировали солидных ученых своими шутками. Об этом периоде ярко написал сам Дмитрий Дмитриевич в очерке (к сожалению, часть его воспоминаний, относящаяся к последующим годам, носит весьма субъективный характер). Их общая работа тех лет , посвященная построению теорий на базе одних лишь фундаментальных мировых постоянных (постоянной Планка ћ , скорости света c, гравитационной постоянной G), которую недавно вернул из забвения академик Л.Б.Окунь, отвечает самым современным теоретическим устремлениям. Трех друзей можно видеть на фотографии участников Харьковской конференции по теоретической физике (одним из ее организаторов был Иваненко). По-разному сложились судьбы этих людей. М.П.Бронштейн - талантливый физик-теоретик и замечательный популяризатор науки - был расстрелян в 1937 г. Говорили, что его погубила фамилия, совпавшая с настоящей фамилией Троцкого. Л.Д.Ландау стал величайшим физиком-теоретиком, лауреатом Нобелевской премии, одним из последних универсалов, внесших фундаментальный вклад в самые разные области физики. Г.А.Гамов, позднее эмигрировавший в США, генерировал гениальные идеи: объяснил законы радиоактивного a -распада и указал на термоядерную природу энергии Солнца и звезд; развил теорию горячей Вселенной, предсказав существование микроволнового (реликтового) излучения и поставив вопрос о нуклеосинтезе химических элементов. История науки XX в. не может обойтись и без имени Д.Д.Иваненко.

Кризис электронно-протонной модели ядра

Квантовая механика и принцип неопределенности сразу поставили модель Резерфорда под сомнение.

Во-первых, из соотношений неопределенности следовало, что для удержания электронов в пределах ядра необходимы необычайно большие силы, которые, согласно опытным данным, отсутствовали. Но если электронов там нет, почему из ядер при b -распаде они вылетают? О том, что атомные ядра не могут содержать электронов, свидетельствовало также измерение магнитных моментов ядер, которые оказались в тысячи раз меньше магнитного момента электрона.

Во-вторых, выяснилось, что в модели Резерфорда для некоторых ядер нарушается квантовомеханическое правило связи спина и статистики. Так, в ядре азота 7 N 14 , согласно данной модели, должно было содержаться 14 протонов и 7 электронов, т.е. 21 частица со спином 1/2. В соответствии с квантовой механикой ядро 7 N 14 должно было иметь полуцелый спин и подчиняться статистике Ферми-Дирака. Экспериментальное же изучение интенсивности вращательных спектров молекулы N 2 доказывало, что ядра азота подчиняются статистике Бозе-Эйнштейна, т.е. имеют целый спин (который оказался равным 1). Возникший парадокс был даже назван “азотной катастрофой”.

Чтобы от него избавиться, выдвигались даже гипотезы о неприменимости квантовой механики к ядру и делались попытки построить для ядерных явлений новую теорию. В этом отношении решающее значение имела работа Гамова, трактующая a -распад как квантовомеханический туннельный переход через кулоновский барьер и тем самым впервые показавшая, что квантовая механика применима и к ядерным процессам. Однако две вышеуказанные трудности остались, и к ним следовало добавить третью: непрерывный спектр электронов в процессах b -распада, свидетельствующий, что в отдельных актах b -распада некоторая неопределенная часть энергии ядерного превращения как бы “теряется”.

Для решения этих проблем Н.Бор предположил, что электроны, попадая в ядра, “теряют свою индивидуальность” и свой собственный момент - спин, а закон сохранения энергии выполняется только статистически, т.е. может нарушаться в отдельных актах b -распада. В рамках таких представлений В.А.Амбарцумян и Д.Д.Иваненко высказали смелую гипотезу: b -электрон (потерявший свою индивидуальность и не существующий в ядре) рождается в самом процессе b -распада . Вот как говорил об этом Дмитрий Дмитриевич на Всесоюзной ядерной конференции, состоявшейся в 1933 г. в Ленинграде с участием виднейших советских и иностранных физиков, в том числе П.А.М.Дирака, Ф.Жолио-Кюри, Ф.Перрена и др.: “Еще в 1930 г. на основании теории дырок Дирака была высказана мысль, что в ядре вовсе нет электронов. Испускание же b -частиц было предложено толковать как их “рождение” по аналогии с излучением фотонов”. И далее: “Появление электронов, позитронов и пр. следует трактовать как своего рода рождение частиц, по аналогии с излучением светового кванта, также не имевшего индивидуального существования до испускания из атома” .

Для современного читателя должно быть ясно, что гипотеза Амбарцумяна и Иваненко о возможности рождения и исчезновения не только фотонов, но и любых частиц в результате их взаимодействий лежит в основе современной теории элементарных частиц.

Нейтрон как элементарная частица со спином 1/2

Надо сказать, что именно идея о возможности рождения b -электронов в процессе b -распада позволила Иваненко предположить, что ядра состоят из протонов и нейтронов. Но его гипотеза содержала и другое, не менее важное предположение, о котором пойдет речь ниже. У физиков моего поколения, не читавших оригинальных работ и не знакомых с дискуссиями, происходящими, например, на Ленинградской конференции, сложилось мнение, что после открытия Дж.Чедвиком нейтрона ничего не стоило предложить нейтронно-протонную модель ядра. Короче говоря, это мог сразу сделать любой физик. История убеждает, однако, что не сразу и не любой, поскольку создатель квантовой механики В.Гейзенберг предложил ту же модель вторым, после Иваненко, сославшись на него. Но и после работ Иваненко и Гейзенберга многое оставалось неясным. Об этом свидетельствует хотя бы дискуссия на упомянутой выше Ленинградской конференции 1933 г., состоявшейся уже после открытия нейтрона.

Вопрос о строении ядра находился в центре внимания конференции. В докладе Перрена, например, наряду с протонно-нейтронной моделью ядра, рассматривалась возможность того, что протон состоит из нейтрона и позитрона (поскольку Чедвик ошибочно счел массу нейтрона меньшей, чем масса протона) или нейтрон состоит из протона и электрона (поскольку, согласно измерениям Жолио-Кюри, масса нейтрона оказывалась большей, чем масса протона). Такие модели вызывали вопрос о спине частиц. Но авторы ссылались на гипотезу Бора о потере электроном своей индивидуальности и, возможно, своего спина. Что же касается спина нейтрона, уже в первой своей работе Иваненко предположил, что он равен 1/2. Это очевидным образом устраняло “азотную катастрофу”: ядро азота 7 N 14 , состоящее из 7 протонов и 7 нейтронов, должно было быть бозоном, как и следовало из опыта.

Надо заметить, что предположение о наличии в ядре нейтральных частиц со спином 1/2 (присутствие которых может ликвидировать “азотную катастрофу”) содержалось уже в известном письме В.Паули, где он в 1930 г. высказал гипотезу о существовании некой нейтральной частицы, вылетающей из ядра вместе с b -электроном, ускользающей от наблюдения и обеспечивающей выполнение закона сохранения энергии в b -распаде. Другими словами, Паули отождествлял нейтральную частицу, вылетающую при b -распаде, с частицей, входящей в структуру ядра (т.е. с еще не открытым нейтроном). Именно из таких соображений Паули приписал ей спин 1/2. Эта гипотеза позволяла обеспечить выполнение закона сохранения не только энергии, но и момента. Вскоре Паули отказался от мысли, что входящая в ядро нейтральная частица со спином 1/2 в ядре и есть та частица, которая вылетает из ядра, поскольку экспериментальные данные давали для последней очень маленькую массу, сравнимую с массой электрона. После открытия нейтрона Э.Ферми назвал эту частицу “нейтрино” (или “нейтрончик”, в переводе с итальянского).

Главным в короткой заметке Иваненко была не только мысль, что нейтроны являются структурными элементами ядра, но и предположение, что они могут рассматриваться как элементарные частицы со спином 1/2. “Наибольший интерес представляет вопрос, насколько нейтроны можно рассматривать как элементарные частицы (чем-то подобные протонам или электронам)”, - писал он. А в другой работе уточнял: “Мы рассматриваем нейтрон не как систему электрона и протона, но как элементарную частицу. Это вынуждает нас трактовать нейтроны как частицы, обладающие спином 1/2 и подчиняющиеся статистике Ферми-Дирака”.

К той же самой идее приходит Гейзенберг : “Опытами Кюри и Жолио при истолковании их Чедвиком установлено, что в строении ядер важную роль играет новая фундаментальная элементарная частица - нейтрон. Это наводит на мысль, что атомные ядра построены из протонов и нейтронов и не содержат электронов”, - пишет он и сразу же приводит ссылку на работу Иваненко . Но Гейзенберг идет дальше: предполагая сходство нейтрона и протона при их взаимодействии в ядре, он вводит изотопическое пространство, позволившее рассматривать протон и нейтрон как различные состояния нуклона.

“Нейтрон в той же степени элементарен, как и протон”, - произносит Дмитрий Дмитриевич на Ленинградской конференции. Данная фраза как нельзя лучше соответствует современным представлениям, когда ни протон, ни нейтрон не считаются элементарными, так как состоят соответственно из uud- и udd- кварков. На той же конференции Иваненко в качестве развития нейтронно-протонной модели ядра выдвигает предложенную им совместно с Е.Н.Гапоном концепцию ядерных оболочек, сыгравшую фундаментальную роль в ядерной физике, вплоть до современного открытия Ю.Ц.Оганесяном и др. в Объединенном институте ядерных исследований острова стабильности ядер с Z>112. Он замечает: “На кривой массовых дефектов относительно протонов и нейтронов (а не a -частиц) можно отметить некоторые более или менее резкие минимумы (“кинки”), которые были в старой модели отмечены Зоммерфельдом. Эти скачки должны указывать на преимущественную стабильность данного элемента, и является заманчивым рассматривать ядра по аналогии с внешней оболочкой состоящими из заполненных слоев протонов и нейтронов, оставляя в стороне a -частицы: минимумы и будут указывать на образование заполненных слоев”.

Надо сказать, что сразу же после открытия нейтрона Дмитрий Дмитриевич стал одним из первых энтузиастов в изучении структуры ядра. Он совместно с И.В.Курчатовым, М.П.Бронштейном и др. вошел в созданную А.Ф.Иоффе группу ядерной физики и был секретарем семинара, который начал работать в отделе Курчатова.

Слабое и сильное взаимодействия

Приняв протонно-нейтронную модель атомных ядер, не содержащих электронов, необходимо было объяснить, за счет каких сил нейтрон, не обладающий электрическим зарядом, удерживается в ядре. (Впрочем, такой же вопрос возникал и для протонов.) Тогда, напомним, были известны только электромагнитные и гравитационные силы. В гипотезе о вылетающей из ядра частице Паули наделил свою частицу (нейтрон = нейтрино) магнитным моментом, полагая, что за счет него эта частица может удерживаться в ядре. Он даже рассчитывал на регистрацию нейтрино по слабой ионизации, вызываемой его магнитным моментом в веществе. Гейзенберг предложил другую модель: нейтрон может виртуально испускать упакованный в нем, согласно гипотезе Бора, электрон (потерявший свой спин) и этот электрон может удерживать вместе нейтрон и протон, подобно атомам в молекулярном ионе H 2 + . Аналогичным образом, взаимодействие двух нейтронов он предполагал осуществляющимся через два виртуальных электрона, как взаимодействие протонов в молекуле H 2 . При всем несовершенстве модель Гейзенберга содержала очень ценную мысль, что силы взаимодействия нуклонов имеют обменный характер. Данная идея в дальнейшем сыграла важнейшую роль.

В нейтронно-протонной модели ядра необходимо было также решить проблему b -распада, т.е. появления электрона и нейтрино, не содержащихся в ядре. Это сделал Э.Ферми, осмелившийся в 1933 г. допустить, что помимо электромагнитного и гравитационного взаимодействий существует особое короткодействующее четырехфермионное взаимодействие, приводящее в ядрах к превращениям

n ® p + e – + n

p ® n + e + + n ",

т.е. нейтрона (n) в протон (p) с испусканием b –-электрона и антинейтрино n или протона в нейтрон с испусканием b +-позитрона и нейтрино n. Такая теория b -распада прекрасно описала наблюдающийся спектр электронов, а по времени жизни b -активных ядер оказалось возможным оценить константу GF, определяющую величину b -взаимодействия.

Непосредственно сразу же за работой Ферми И.Е.Таммом и Д.Д.Иваненко была независимо высказана гипотеза о том, что короткодействующее взаимодействие между нейтроном и протоном в ядре может осуществляться за счет обмена парой электрон-антинейтрино по схеме * n ® p +(e – n ") и (e – n ") + p ® n (см. рисунок).

* Мне приходилось слышать от старых сотрудников ФИАНа, что эта идея первоначально принадлежала И.Е.Тамму. Однако сам Игорь Евгеньевич пишет в своей статье : «Эта же идея, совершенно независимо, возникла у моего друга Д.Иваненко, с которым у меня с тех пор появилась возможность обсуждать этот вопрос», а Иваненко в своей статье ссылается на расчеты Тамма.

Обменное взаимодействие между нейтроном n и протоном p, возникающее согласно идее Тамма и Иваненко благодаря b -силам. Нейтрон n(1), испуская электрон e– и антинейтрино n , превращется в протон p(2), а протон p(1), поглощая электрон и антинейтрино - в нейтрон n(2) (а). Протон p(1), испуская позитрон e+ и нейтрино n, превращается в нейтрон n(2), а нейтрон n(1), поглощая пару (e+n) - в протон p(2). GF - константа, характеризующая b -силы (б).

Предпринятые авторами оценки, основанные на экспериментально определенной константе b -взаимодействия GF, показали, однако, что силы, возникающие между нуклонами за счет обменных b -взаимодействий, оказываются на 14-15 порядков меньше тех, которые необходимы для удержания нуклонов в атомном ядре. Казалось бы, авторов постигла неудача. Но работы Тамма и Иваненко стимулировали японского физика Х.Юкаву, сославшегося на эти работы, выдвинуть новую гипотезу. Юкава предположил, что взаимодействие между нуклонами происходит посредством обмена неизвестной ранее заряженной частицей, массу которой он предсказал, исходя из известного экспериментально радиуса действия ядерных сил ** (см. рисунок).

Ядерные силы, которые возникают согласно гипотезе Юкавы в результате обмена p -мезонами. Нейтрон n(1), испуская отрицательно заряженный p–-мезон, превращается в протон p(2), а протон p(1), поглощая p–-мезон, - в нейтрон n(2) (а). Протон p(1), испуская положительный p +-мезон, превращается в нейтрон n(2), а нейтрон n(1), поглощая p +-мезон, - в протон p(2) (б). Взаимодействие нуклонов путем обмена нейтральным p0-мезоном обеспечивает вместе с обменом заряженными пионами зарядовую независимость ядерных сил (в); g - константа, характеризующая величину взаимодействия между нуклонами и пионом.

Она получилась равной около 300 масс электрона, т.е. лежащей между массами электрона и протона. Поэтому ее назвали мезоном. Что же касается силы неизвестного взаимодействия мезонов с нуклонами, то ее можно было оценить, исходя из требуемой величины ядерных сил. Безразмерная константа этого взаимодействия g 2 /ћc оказалась примерно на три порядка больше, чем безразмерная константа электромагнитного взаимодействия a = e 2 /ћc ® 1/137. Так возникло понятие сильного взаимодействия, отличающегося на 14-15 порядков от слабых b -сил. Установление данного различия сыграло фундаментальную роль в дальнейшем развитии физики элементарных частиц после открытия мезонов, странных частиц, их распадов и взаимодействий.

** Позднее было показано, что для того, чтобы в соответствии с опытом ядерные силы не зависели от электрического заряда частиц, в обмене должна участвовать и нейтральная частица (см. рисунок).

И вполне справедливо этот результат отнесен к важнейшим открытиям в физике частиц.

О синхротронном излучении и новых идеях

Обладая большой физической интуицией, Дмитрий Дмитриевич сразу замечал самые интересные и перспективные среди новых направления физики и широко рекламировал их, издавая в русском переводе сборники основных статей, посвященных этим направлениям. Он, по-видимому, одним из первых в нашей стране оценил новейшее развитие электродинамики в конце 1949 г. и выпустил два сборника, содержащих переводы основных работ Ю.Швингера, Р.Фейнмана, Ф.Дайсона и др. Точно так же отреагировал он на возникновение калибровочных теорий, издав сборник “Элементарные частицы и компенсирующие поля”. В начале 30-х годов под редакцией Иваненко вышли переводы на русский язык книг П.Дирака “Принципы квантовой механики” и А.Зоммерфельда “Квантовая механика”. Иваненко активно участвовал в организации конференций по актуальным вопросам физики: в 30-е годы по физике ядра, а в последующие годы - по вопросам гравитации. Работая профессором физического факультета МГУ, он твердо защищал квантовую механику и теорию относительности от наскоков ретроградов и невежд, пользующихся большой поддержкой партийных бюрократов факультета, обвинявших эти науки в буржуазном идеализме.

К сожалению, большое негативное влияние на жизнь и научную деятельность Иваненко оказала его ссора с большинством друзей молодости, в том числе с Таммом, Фоком и в особенности с Ландау, с которым они стали непримиримыми врагами. Дело осложнялось известным противостоянием руководства физического факультета МГУ с академической наукой. Используя лозунги о необходимости борьбы с буржуазным “физическим идеализмом” и соблюдении “принципа партийности” в науке, верхушке физфака удалось изгнать с факультета выдающихся ученых, таких как И.Е.Тамм, Г.С.Ландсберг и др. В результате всего этого Дмитрий Дмитриевич оказался изолированным от академической науки, и у него, всегда внимательно следившего за появлением новых идей и легко подхватывавшего их, не оказалось, за редким исключением, коллег, способных на адекватном уровне эти идеи развивать. Одним из таких исключений были уже упоминавшиеся исследования по синхротронному излучению. За совместную с Иваненко работу Ландау даже “отлучил” Померанчука на некоторое время от участия в своем семинаре. Из-за противостояния АН СССР-МГУ и некоторых поступков самого Дмитрия Дмитриевича представители академической науки перестали цитировать его работы (или цитировали недостаточно полно, не подчеркивая, по мнению Иваненко, его приоритет в создании модели нейтронно-протонного строения ядра). С другой стороны, в борьбе за свой приоритет Дмитрий Дмитриевич неблаговидно повел себя в идеологических кампаниях конца 40-х годов, направленных против “философского идеализма” и “космополитизма” (подробнее об этих драматических событиях см. ). О подобных фактах нельзя умолчать, если мы хотим иметь объективное, правдивое освещение истории отечественной науки, которая развивалась в условиях тоталитарного режима, господствовавшего тогда в нашей стране. Вместе с тем, именно в этих целях следует отдать должное работам и открытиям Д.Д.Иваненко, вошедшим в фундамент современной физики элементарных частиц и атомного ядра.

Литература

1. Иваненко Д.Д. Эпоха Гамова глазами современника / Гамов Джордж. Моя мировая линия. М., 1994.

2. Гамов Г.А., Ландау Л.Д., Иваненко Д.Д. Мировые постоянные и предельный переход // Журнал русского физ.-хим. Общества, физический отдел. 1928. Т.60. С.13.

3. Proc. of Intern. Conf. of History of Part. Phys. Paris, 1982.

5. Heisenberg W . // Z.S. f. Phys. 1932. Bd.77. S.1.

8. Ambarzumian V., Ivanenko D. // Comptes Rendus Sci. Paris, 1930. V.190. P.582.

9. Атомное ядро. Сб. докладов 1-й Всесоюзной ядерной конференции / Под ред. М.П.Бронштейна, В.М.Дукельского, Д.Д.Иваненко и Ю.Б.Харитона. Л.; М., 1934.

10. Ivanenko D. // Comptes Rendus Sci. Paris, 1932. V.195. P.439.

11. Gapon E.N., Iwanenko D. // Naturwiss. 1932. Bd.29. S.792.

12. Сонин А.С . “Физический идеализм”. История одной идеологической кампании. М., 1994.

Д.Д.Иваненко -
вне науки и политики

По рассказам Р.А.Куликовой-Иваненко

В семейном архиве Д.Д.Иваненко, у его вдовы Риммы Антоновны, сохранились, среди многочисленных рукописей, черновые наброски его автобиографии в разных, весьма похожих вариантах. Процитируем начало одной из них, “Curriculum vitae”:

“Я, Иваненко Дмитрий Дмитриевич, родился 29-го июля 1904 г. в г.Полтава, в учительской семье. После окончания школы там же работал учителем физики; закончил в 1927 г. Ленинградский университет и состоял год аспирантом (стипендиатом), затем сотрудником Физико-математического института Академии наук СССР. В 1929-1943 гг. работал в институтах и преподавал в вузах Ленинграда, Харькова, Томска, Свердловска, Киева; с осени 1943 г. по настоящее время состою профессором теоретической физики физического факультета Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова. Заведовал кафедрами физики и теоретической физики в Ленинградском педагогическом институте, Харьковском механо-машиностроительном институте, в университетах Харькова, Свердловска, Киева; в Тимирязевской сельскохозяйственной академии и областном педагогическом институте в Москве”.

Скупые строки не предназначались для глаз заинтересованного читателя. Гораздо больше удалось почерпнуть из беседы с Риммой Антоновной. Вот что она рассказала.

Отец Дмитрия Дмитриевича - Дмитрий Алексеевич - происходил из рода священников. Сам же Дмитрий Алексеевич, широко образованный человек, издавал газету “Полтавский вестник”. Это было влиятельное и популярное издание откровенно монархического толка, чего впоследствии не могла не взять на заметку советская власть. Дмитрий Дмитриевич, будучи подростком, иногда писал в газету отца, но гораздо больше его занимали другие вещи. Он увлекался философией. Когда ему было 14 лет, он подарил отцу отрывок из Канта в своем переводе. В гимназии организовал философский кружок “Наука и жизнь”, а уже потом увлечение философией переросло в интерес к физике.

Матушка Дмитрия Дмитриевича, Лидия Николаевна, в девичестве Слатина, - дворянского происхождения. По этой линии в семье преобладали чиновники высокого ранга. Одна из пятерых сестер Лидии Николаевны была певицей (ее записывали на граммофонные пластинки).

Дмитрий Дмитриевич был исключительно привязан к своей единственной сестре Оксане. Он любил повторять, что на их долю выпало очень счастливое детство. Они росли в большой городской усадьбе - обширном уютном доме, который располагался внутри прекрасного сада. Детей окружало внимание многочисленных родственников, которые жили в Полтаве, приезжали из Петербурга и других городов. Постоянно ходили в театры, выезжали на премьеры в Петербург и Москву. Выпускали семейные журналы. Устраивали домашние спектакли.

Дмитрий Дмитриевич, по воспоминаниям Риммы Антоновны, часто говорил, что, читая у Владимира Набокова описание детства, ощущал знакомую ему атмосферу.

Во время первой мировой войны в Полтаву был эвакуирован Варшавский университет (или по крайней мере его часть). Профессора этого университета стали преподавать в гимназии. Образование Дмитрий Дмитриевич получил превосходное. Свободно владел всеми основными европейскими языками.

Наступило революционное время. Дмитрий Дмитриевич, получив документ о завершении среднего образования, в 16 лет стал учителем в школе, где преподавал физику и математику.

Спустя год он поступил в Харьковский университет, но не был удовлетворен уровнем преподавания и поехал в Москву, где познакомился и подружился с сыном Л.И.Мандельштама Сергеем, а в конце концов оказался в Ленинградском университете. Там он познакомился с Г.А.Гамовым (Джо) и Л.Д.Ландау (Дау). Об этой троице по прозвищу Джаз-банд написано уже довольно много. Предоставим слово Иваненко (Димусу):

“Ландау приехал в Ленинград в конце 1924 г., когда мы с Джо уже были знакомы и начали научные дискуссии, организовали неофициальный студенческий реферативный семинар. Некоторое время Дау производил впечатление провинциала, он забывал снимать свой картуз, выходя к доске на семинарах (где он сразу выдвинулся самым быстрым решением задач).
У нас троих установились на редкость дружественные отношения. В годы наиболее интенсивной совместной работы (1927 г. - начало 1928 г.) я приезжал к Дау каждый день (у него была отдельная комната в квартире родственников), переговариваясь с ним издали в случае гриппа и т.д. После окончания ЛГУ, будучи аспирантом Академии наук, в моих поисках комнаты меня сопровождал и Дау.
В 1927 г. мы с Дау окончили университет, защитив дипломные работы на одном и том же заседании комиссии; доклад Дау вызвал аплодисменты аудитории; член комиссии математик Лейферт, неприятная личность казенного типа, задал вопрос о том, где мы собираемся работать и, ввиду еще отсутствия ясности, сделал замечание, вошедшее в книги воспоминаний, в том смысле, что сейчас стране не нужно много теоретиков; это нелепое замечание было сделано в годы бурного развития квантовой механики” *.
* Иваненко Д.Д. Эпоха Гамова глазами современника / Гамов Джордж. Моя мировая линия: неформальная автобиография. М., 1994.

Гамов окончил университет раньше других. А Ландау и Иваненко, как уже сказано, в 1927 г. Оба имели все основания рассчитывать на аспирантуру. Все трое летом этого года пересеклись в Полтаве, где Димус неожиданно получил письмо от профессора Ю.А.Круткова с сообщением, что комсомольский актив не пропускает его в аспирантуру. Ландау как-то проскочил (был зачислен в аспирантуру в Физико-технический институт). Кстати говоря, ни тогда, ни потом никто из троих не был ни комсомольцем, ни коммунистом.

Планы Димуса повисают в воздухе.

Однако случилось так, что незадолго до этого ушел из жизни известный математик академик Владимир Андреевич Стеклов (1863/64-1926). В его память Академия наук учреждает в Физико-математическом институте стипендию для аспирантов. Дмитрий Дмитриевич при поддержке Я.И.Френкеля и А.Ф.Иоффе становится первым стипендиатом (о чем даже сообщалось в газетах), а год спустя сотрудником этого института.

Ленинградский университет. Семинар Я.И.Френкеля. Слева направо: И.И.Гуревич, Л.Д.Ландау, Л.В.Розенкевич, А.Н.Арсеньева, Я.И.Френкель, Г.А.Гамов, М.В.Мачинский, Д.Д.Иваненко, Г.А.Мандель. 1929 г.

В 1928 г. Иваненко получает предложение от И.В.Обреимова переехать в Харьков, где по инициативе Иоффе создавался Физико-технический институт, аналогичный ленинградскому. Дмитрий Дмитриевич без промедления согласился, тем более что в Харьков перебрались его отец, преподававший литературу, и сестра Оксана.

Как рассказывал Дмитрий Дмитриевич, он сразу включился в поиски места для строительства института и с гордостью отмечал, что разглядел весьма подходящую площадку на ул.Чайковского. Потом ему не раз приходилось слышать, что место выбрано очень хорошо. Институт был построен быстро. Иваненко стал в нем первым заведующим теоретическим отделом. В 1929 г. он преподавал в Университете и Механо-машиностроительном институте. Тогда же организовал в Харькове первую конференцию по теоретической физике. Стал инициатором издания в Харькове физического журнала на немецком языке “Physikalische Zeitschrift der Sowjet Union” (потом и на английском), который вскоре приобрел международное значение - в нем стали печататься физики других стран.

К этому времени относится женитьба Иваненко на Ксении Федоровне Корзухиной (внучке известного художника-передвижника). По профессии она была врачом. У них рождается дочь Марьяна, позднее - Михаил и Алексей.

В 1931 г. Дмитрий Дмитриевич возвращается в Ленинград. Иоффе, очень чуткий к новым веяниям, организует в своем Физтехе ядерный отдел, который возглавил И.В.Курчатов, и ядерный семинар под руководством Иваненко. Для участия в семинаре приезжали физики из разных городов страны.

В 1933 г. на базе ЛФТИ прошла первая ядерная конференция, которая, как отмечал Иваненко, дала импульс включиться в ядерную физику Я.И.Френкелю, И.Е.Тамму, Ю.Б.Харитону. Иваненко активно участвовал в ее подготовке и по этому поводу не раз виделся с С.М.Кировым - нужно было найти автомобили для встречи иностранцев, предусмотреть размещение в гостиницах, питание (в стране еще действовали карточки) и т.п.

В общем, дело было хлопотное, в которое Дмитрию Дмитриевичу пришлось уйти с головой, не оставляя чтения лекций, работу в Государственном технико-теоретическом издательстве и многое другое.

И тут случилось событие, перевернувшее его жизнь. Однажды очень рано утром Дмитрия Дмитриевича разбудил звонок Матвея Петровича Бронштейна, от которого он узнал об убийстве Кирова. Как известно, после смерти Кирова начались репрессии. Иваненко был арестован. Ему припомнили непролетарское происхождение и “грехи” родителей, поставили в вину общение и переписку с иностранцами, знание языков. Допрашивали “с пристрастием” и осудили на три года лагерей. Имущество было полностью конфисковано, жену выслали в 24 часа. (Тогда фактически и произошел их разрыв.)

А тем временем Иваненко везли по этапу, куда - неизвестно. Оказалось, в Карагандинский лагерь. Дмитрий Дмитриевич пробыл в лагере не три года, а один. Он считал, что его спас С.И.Вавилов, с которым у него до самой кончины Сергея Ивановича были исключительно теплые отношения. Вавилова поддержал Иоффе.

Сергей Иванович Вавилов

В результате Иваненко получает возможность уехать в Томск, где работает в университете и политехническом институте. Опять организует семинар, опять пропагандирует новую физику.

В Москву и Ленинград путь ему заказан, но он переезжает в Свердловск, куда во время войны эвакуировался физический факультет Московского университета. Вместе с факультетом он по приглашению А.С.Предводителева, декана, возвращается в столицу и до конца жизни работает профессором кафедры теоретической физики.

Официальный развод Иваненко с женой состоялся в 1949 г., но еще долгое время они то сходились, то расходились.

В 1961 г. на физический факультет пришла молоденькая стенографистка. Это было первое место работы Риммы Антоновны после школы и курсов стенографии. Юную стенографистку поразил ораторский талант профессора, знание языков, литературы, музыки, огромная эрудиция. Он всегда оказывался в центре внимания. Говорил очень быстро. Римма Антоновна утверждает, что быстрее, чем Тамм (при жизни Тамма в ходу была шутка, что существует единица измерения быстроты речи - 1 тамм).

На одном из заседаний Римма Антоновна не смогла закончить стенограмму - перетрудила руку (полагалось быть второй стенографистке, но она отсутствовала). Видимо, это было важное заседание. Римма Антоновна рассказывает, как ей пришлось ехать на Ленинградский вокзал - Дмитрию Дмитриевичу срочно нужно было уезжать - и там на столике в ресторане он по памяти дописал за нее стенограмму. Так завязалось их знакомство. Они ходили в театры, на концерты и выставки. Много путешествовали. Дмитрий Дмитриевич мастерски, даже лихо водил машину и в это время рассказывал массу интересных вещей, шутил и умел ускользать от гаишников (тогда они назывались иначе). Заставил Римму Антоновну учиться. Физик из нее не получился, но она окончила филологический факультет и сейчас обучает русскому языку иностранцев.

Их совместная жизнь началась в 1969 г. и до 1994 г., до самой его смерти, они всегда были рядом. Правда, ездить за границу вместе не всегда удавалось. Римма Антоновна вспоминает, что Дмитрий Дмитриевич во время заграничных поездок постоянно, как и в России, притягивал к себе внимание - отчасти потому, что на немецком говорил как на русском, знал английский, французский, итальянский, испанский. Вспоминает, как однажды он и немецкий профессор читали Гёте наперегонки - кто больше знает. Победил Иваненко. Общаться с ним было интересно всем.

На конференции в Дубне. Полемика Д.Д.Иваненко с И.Е.Таммом. Справа от Тамма В.Вайскопф. В следующем ряду второй слева Р.Пайерлс. 1964

В своем рассказе Римма Антоновна не раз касалась непростых отношений Иваненко с друзьями его молодости. Естественно, ей представляется, что Дмитрий Дмитриевич всегда был прав. На вопрос, почему так накрепко разошлись Иваненко и Ландау, она отвечает: - Из-за девушек-медичек. Джо и Димус подружились с ними (дело было в Ленинграде в 1928 г.), а Дау остался в стороне. - А как же с Таммом? - Игорь Евгеньевич не хотел, чтобы на кафедре теоретической физики было два теоретика…

Таков взгляд любящей женщины, стоящей на страже интересов мужа. Не будем углубляться в эти тонкости. Мы и так уже слегка нарушили обещание показать крупного физика современности Д.Д.Иваненко вне науки и политики. Поспешим поставить здесь точку.

Записала Н.В.Успенская

Работы относятся к ядерной физике, теория поля, синхротронному излучению, единой теории поля, теории гравитации, истории физики. Большинство работ выполнены совместно с крупнейшими физиками первой половины XX-го века.

Совместно с Георгием Гамовым вывел уравнение Шредингера, исходя из модели 5-мерного пространства (1926).
Совместно с Ландау рассматривал уравнение Клейна - Гордона, статистику Ферми - Дирака и альтернативное описание фермионов в терминах антисимметричных тензоров (геометрия Иваненко - Ландау - Кэлера) (1927-1928).
Совместно с Георгием Гамовым и Ландау рассматривал теорию мировых констант (1928).
Совместно с В. А. Фоком разработал теорию параллельного переноса спиноров, обобщив уравнение Дирака на случай тяготения (1929).
Совместно с В. А. Амбарцумяном высказал гипотезу рождения массивных частиц в процессе взаимодействия, легшую в основу современной квантовой теории поля (1930).
Первым предложил протон-нейтронную модель ядра (1932), впоследствии развивавшуюся также Вернером Гейзенбергом.
Совместно с Е. Н. Гапоном разработал оболочечную модель атомных ядер (1932).
Совместно с И. Таммом показал возможность взаимодействия посредством обмена частицами с ненулевой массой покоя (1934).
Разработал совместно с А. А. Соколовым математический аппарат теории ливней космических лучей (1938).
Предложил нелинейное обобщение уравнения Дирака (1938), на основе которого в 50-60-е годы параллельно с Вернером Гейзенбергом развивал единую нелинейную теорию поля, учитывающую кварки и субкварки.
Предсказал совместно с Померанчуком синхротронное излучение (1944). Разработал совместно с А. А. Соколовым классическую теорию синхротронного излучения (1948).
Развил теорию гиперядер (1956).
В 60-80-е годы совместно с учениками выполнил целый ряд работ по теории гравитации, в том числе выдвинул гипотезу кварковых звезд, разрабатывал тетрадную, обобщенную и калибровочную теории гравитации, учитывающие наряду с кривизной также и кручение.

Биография

1920 Окончил гимназию в Полтаве.
1920-1923 Учитель физики и математики трудовой школы г. Полтавы. Одновременно учился и окончил Полтавский педагогический институт, работая при этом в Полтавской астрономической обсерватории.
1923-1927 Студент Ленинградского университета (был переведен после первого курса из Харьковского университета).
1927-1929 Стипендиат им. В. А. Стеклова, научный сотрудник физико-математического института АН СССР в Ленинграде.
1929-1931 Старший научный сотрудник, первый руководитель теоретического отдела Украинского физико-технического института (Харьков). Один из главных организаторов и редактор издававшегося в Харькове на иностранных языках первого советского «Физического Журнала Советского Союза» (Physikalische Zeitschrift der Sowjet Union). Инициатор и член Оргкомитета первых трёх Всесоюзных теоретических конференций в Харькове.
1931, февраль. Утверждён в звании профессора президиумом ВСНХ УССР.
1930-1931 Заведующий кафедрой теоретической физики Харьковского механико-машиностроительного (б. Технологического) института, профессор Харьковского университета.
1931-1935 Старший научный сотрудник Ленинградского физико-технического института, руководитель семинара по ядерной физике.
1933, сентябрь Один из главных организаторов (наряду с А. Ф. Иоффе и И. В. Курчатовым) 1-й Всесоюзной ядерной конференции в Ленинграде.
1933-1935 Профессор, зав. кафедрой физики Ленинградского педагогического института им. М. Н. Покровского.
1932-1935 Редактор теоретического отдела Ленинградского отделения Государственного технико-теоретического издательства. В те годы под редакцией и с комментариями и примечаниями Д. Д. Иваненко впервые на русском языке вышло 8 сборников работ и книг классиков современной физики (Луи де Бройль, Гейзенберг, Дирак, Шрёдингер, Бриллюэн, Зоммерфельд, Эддингтон и др.).
1935, 27 февраля. Арестован и постановлением Особого совещания (ОСО) при НКВД СССР от 4 марта 1935 г. был осуждён на три года и как «социально опасный элемент» выслан из Ленинграда в Карагандинский исправительно-трудовой лагерь (ИТЛ). Новым постановлением ОСО от 30 декабря 1935 г. лагерь был заменён ссылкой в Томск до конца срока.
1936-1939 Старший научный сотрудник Сибирского физико-технического института. Руководил теоретическим семинаром теоретического отдела СФТИ и общеинститутским теоретическим семинаром. Вёл семинар по технике перевода для аспирантов и соискателей; редактировал «Труды СФТИ».
1936-1938 Профессор, зав. кафедрой теоретической физики Томского университета.
1939-1942 Профессор, зав. кафедрой теоретической физики Уральского университета (г. Свердловск).
1940-1941 Профессор, зав. кафедрой теоретической физики Киевского университета.
1940, 25 июня. Защита докторской диссертации по теме «Основы теории ядерных сил» в физическом институте АН СССР.
1943-1994 Профессор кафедры теоретической физики физического факультета Московского университета. 50 лет руководил теоретическим семинаром и с 1961 по 1994 - гравитационным семинаром кафедры теоретической физики физфака МГУ.
1944: В момент подготовки выборов Заведующего кафедрой теоретической физики физического факультета МГУ выступает на стороне консервативного большинства Учёного Совета и декана факультета А. С. Предводителева. В своём выступлении на заседании Учёного Совета указывает на ряд ошибок в работах И. Е. Тамма. Это является одной из важных причин того, что на голосовании А. А. Власов получает 24 голоса против 5 голосов И. Е. Тамма
1944-1948 Заведующий кафедрой физики Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева. Организовал биофизическую лабораторию, где руководил работами по использованию атомной науки и техники в биологии и сельском хозяйстве. Уволен из академии после августовской сессии ВАСХНИЛ 1948 года.
1945, апрель - август. Находился в рядах Советской Армии в Германии.
1950 Присуждена Сталинская премия за работы по теории «светящегося» электрона и по современным проблемам электродинамики, изложенные в монографии «Классическая теория поля», опубликованной в 1949 году (совместно с А. А. Соколовым и И. Я. Померанчуком).
1950-1963 Старший научный сотрудник Института теории естествознания и техники АН СССР.
1961 Инициатор проведения 1-ой Гравитационной конференции в Москве. Организатор Советской Гравитационной Комиссии.
1959-1975 Член Международного гравитационного комитета.
1980 Награждён орденом Трудового Красного Знамени за заслуги в развитии науки и подготовке высококвалифицированных кадров.
1994, 19 декабря. Присуждено Почетное звание «Заслуженный профессор Московского университета».
1994, 30 декабря. Скончался в Москве. Похоронен на Кунцевском кладбище.

Ученики

В. И. Мамасахлисов
М. М. Мирианашвили
А. М. Бродский
Н. Гулиев
Д. Ф. Курдгелаидзе
В. В. Рачинский
В. И. Родичев
А. А. Соколов
Н. В. Мицкевич
В. Н. Пономарев
П. И. Пронин
Г. А. Сарданашвили

Награды

Сталинская премия (1950) - за развитие теории синхротронного излучения
Орден Трудового Красного Знамени (1980)
Заслуженный профессор Московского университета (1994)

Прочее

Член редколлегии журнала «Известия вузов. Физика»
Член редколлегии журнала «Nuovo Cimento»
Член российского физического общества (1990-1994)
Почетный член международной Славянской академии наук, образования, искусств и культуры (1994)

Академик С.С. Герштейн
Институт физики высоких энергий, Протвино

Кризис электронно-протонной модели ядра

Следует напомнить современному читателю, насколько фундаментальными были упомянутые открытия и с каким трудом они были получены. В то время, согласно модели Э.Резерфорда, считалось, что ядра состоят из протонов и электронов. В основе данной модели лежали два экспериментальных факта: при ядерных реакциях с α-частицами из ядер вылетают протоны, а в радиоактивном β-распаде - электроны. В соответствии с классическими представлениями о составной системе ядро и должно было, казалось, состоять из этих частиц.
Квантовая механика и принцип неопределенности сразу поставили модель Резерфорда под сомнение.
Во-первых, из соотношений неопределенности следовало, что для удержания электронов в пределах ядра необходимы необычайно большие силы, которые, согласно опытным данным, отсутствовали. Но если электронов там нет, почему из ядер при β-распаде они вылетают? О том, что атомные ядра не могут содержать электронов, свидетельствовало также измерение магнитных моментов ядер, которые оказались в тысячи раз меньше магнитного момента электрона.
Во-вторых, выяснилось, что в модели Резерфорда для некоторых ядер нарушается квантовомеханическое правило связи спина и статистики. Так, в ядре азота 7 N 14 , согласно данной модели, должно было содержаться 14 протонов и 7 электронов, т.е. 21 частица со спином 1/2. В соответствии с квантовой механикой ядро 7 N 14 должно было иметь полуцелый спин и подчиняться статистике Ферми-Дирака. Экспериментальное же изучение интенсивности вращательных спектров молекулы N 2 доказывало, что ядра азота подчиняются статистике Бозе-Эйнштейна, т.е. имеют целый спин (который оказался равным 1). Возникший парадокс был даже назван “азотной катастрофой”.
Чтобы от него избавиться, выдвигались даже гипотезы о неприменимости квантовой механики к ядру и делались попытки построить для ядерных явлений новую теорию. В этом отношении решающее значение имела работа Гамова, трактующая α-распад как квантовомеханический туннельный переход через кулоновский барьер и тем самым впервые показавшая, что квантовая механика применима и к ядерным процессам. Однако две вышеуказанные трудности остались, и к ним следовало добавить третью: непрерывный спектр электронов в процессах β-распада, свидетельствующий, что в отдельных актах β-распада некоторая неопределенная часть энергии ядерного превращения как бы “теряется”.
Для решения этих проблем Н.Бор предположил, что электроны, попадая в ядра, “теряют свою индивидуальность” и свой собственный момент - спин, а закон сохранения энергии выполняется только статистически, т.е. может нарушаться в отдельных актах β-распада. В рамках таких представлений В.А.Амбарцумян и Д.Д.Иваненко высказали смелую гипотезу: β-электрон (потерявший свою индивидуальность и не существующий в ядре) рождается в самом процессе β-распада . Вот как говорил об этом Дмитрий Дмитриевич на Всесоюзной ядерной конференции, состоявшейся в 1933 г. в Ленинграде с участием виднейших советских и иностранных физиков, в том числе П.А.М.Дирака , Ф.Жолио-Кюри , Ф.Перрена и др.: “Еще в 1930 г. на основании теории дырок Дирака была высказана мысль, что в ядре вовсе нет электронов. Испускание же β-частиц было предложено толковать как их “рождение” по аналогии с излучением фотонов”. И далее: “Появление электронов, позитронов и пр. следует трактовать как своего рода рождение частиц, по аналогии с излучением светового кванта, также не имевшего индивидуального существования до испускания из атома” .
Для современного читателя должно быть ясно, что гипотеза Амбарцумяна и Иваненко о возможности рождения и исчезновения не только фотонов, но и любых частиц в результате их взаимодействий лежит в основе современной теории элементарных частиц.

Нейтрон как элементарная частица со спином 1/2

Надо сказать, что именно идея о возможности рождения β-электронов в процессе β-распада позволила Иваненко предположить, что ядра состоят из протонов и нейтронов. Но его гипотеза содержала и другое, не менее важное предположение, о котором пойдет речь ниже. У физиков моего поколения, не читавших оригинальных работ и не знакомых с дискуссиями, происходящими, например, на Ленинградской конференции, сложилось мнение, что после открытия Дж.Чедвиком нейтрона ничего не стоило предложить нейтронно-протонную модель ядра. Короче говоря, это мог сразу сделать любой физик. История убеждает, однако, что не сразу и не любой, поскольку создатель квантовой механики В.Гейзенберг предложил ту же модель вторым, после Иваненко, сославшись на него. Но и после работ Иваненко и Гейзенберга многое оставалось неясным. Об этом свидетельствует хотя бы дискуссия на упомянутой выше Ленинградской конференции 1933 г., состоявшейся уже после открытия нейтрона.
Вопрос о строении ядра находился в центре внимания конференции. В докладе Перрена, например, наряду с протонно-нейтронной моделью ядра, рассматривалась возможность того, что протон состоит из нейтрона и позитрона (поскольку Чедвик ошибочно счел массу нейтрона меньшей, чем масса протона) или нейтрон состоит из протона и электрона (поскольку, согласно измерениям Жолио-Кюри, масса нейтрона оказывалась большей, чем масса протона). Такие модели вызывали вопрос о спине частиц. Но авторы ссылались на гипотезу Бора о потере электроном своей индивидуальности и, возможно, своего спина. Что же касается спина нейтрона, уже в первой своей работе Иваненко предположил, что он равен 1/2. Это очевидным образом устраняло “азотную катастрофу”: ядро азота 7 N 14 , состоящее из 7 протонов и 7 нейтронов, должно было быть бозоном, как и следовало из опыта.
Надо заметить, что предположение о наличии в ядре нейтральных частиц со спином 1/2 (присутствие которых может ликвидировать “азотную катастрофу”) содержалось уже в известном письме В.Паули , где он в 1930 г. высказал гипотезу о существовании некой нейтральной частицы, вылетающей из ядра вместе с β-электроном, ускользающей от наблюдения и обеспечивающей выполнение закона сохранения энергии в β-распаде. Другими словами, Паули отождествлял нейтральную частицу, вылетающую при β-распаде, с частицей, входящей в структуру ядра (т.е. с еще не открытым нейтроном). Именно из таких соображений Паули приписал ей спин 1/2. Эта гипотеза позволяла обеспечить выполнение закона сохранения не только энергии, но и момента. Вскоре Паули отказался от мысли, что входящая в ядро нейтральная частица со спином 1/2 в ядре и есть та частица, которая вылетает из ядра, поскольку экспериментальные данные давали для последней очень маленькую массу, сравнимую с массой электрона. После открытия нейтрона Э.Ферми назвал эту частицу “нейтрино” (или “нейтрончик”, в переводе с итальянского).
Главным в короткой заметке Иваненко была не только мысль, что нейтроны являются структурными элементами ядра, но и предположение, что они могут рассматриваться как элементарные частицы со спином 1/2. “Наибольший интерес представляет вопрос, насколько нейтроны можно рассматривать как элементарные частицы (чем-то подобные протонам или электронам)”, - писал он. А в другой работе уточнял: “Мы рассматриваем нейтрон не как систему электрона и протона, но как элементарную частицу. Это вынуждает нас трактовать нейтроны как частицы, обладающие спином 1/2 и подчиняющиеся статистике Ферми-Дирака”.
К той же самой идее приходит Гейзенберг : “Опытами Кюри и Жолио при истолковании их Чедвиком установлено, что в строении ядер важную роль играет новая фундаментальная элементарная частица - нейтрон. Это наводит на мысль, что атомные ядра построены из протонов и нейтронов и не содержат электронов”, - пишет он и сразу же приводит ссылку на работу Иваненко . Но Гейзенберг идет дальше: предполагая сходство нейтрона и протона при их взаимодействии в ядре, он вводит изотопическое пространство, позволившее рассматривать протон и нейтрон как различные состояния нуклона.
“Нейтрон в той же степени элементарен, как и протон”, - произносит Дмитрий Дмитриевич на Ленинградской конференции. Данная фраза как нельзя лучше соответствует современным представлениям, когда ни протон, ни нейтрон не считаются элементарными, так как состоят соответственно из uud- и udd- кварков. На той же конференции Иваненко в качестве развития нейтронно-протонной модели ядра выдвигает предложенную им совместно с Е.Н.Гапоном концепцию ядерных оболочек, сыгравшую фундаментальную роль в ядерной физике, вплоть до современного открытия Ю.Ц.Оганесяном и др. в Объединенном институте ядерных исследований острова стабильности ядер с Z>112. Он замечает: “На кривой массовых дефектов относительно протонов и нейтронов (а не a -частиц) можно отметить некоторые более или менее резкие минимумы (“кинки”), которые были в старой модели отмечены Зоммерфельдом. Эти скачки должны указывать на преимущественную стабильность данного элемента, и является заманчивым рассматривать ядра по аналогии с внешней оболочкой состоящими из заполненных слоев протонов и нейтронов, оставляя в стороне a -частицы: минимумы и будут указывать на образование заполненных слоев”.
Надо сказать, что сразу же после открытия нейтрона Дмитрий Дмитриевич стал одним из первых энтузиастов в изучении структуры ядра. Он совместно с И.В.Курчатовым , М.П.Бронштейном и др. вошел в созданную А.Ф.Иоффе группу ядерной физики и был секретарем семинара, который начал работать в отделе Курчатова.

Слабое и сильное взаимодействия

или p → n + e + + ν",

т.е. нейтрона (n) в протон (p) с испусканием β – – электрона и антинейтрино n или протона в нейтрон с испусканием β + – позитрона и нейтрино n. Такая теория β-распада прекрасно описала наблюдающийся спектр электронов, а по времени жизни β-активных ядер оказалось возможным оценить константу G F , определяющую величину β-взаимодействия.
Непосредственно сразу же за работой Ферми И.Е.Таммом и Д.Д.Иваненко была независимо высказана гипотеза о том, что короткодействующее взаимодействие между нейтроном и протоном в ядре может осуществляться за счет обмена парой электрон-антинейтрино по схеме

n → p+ (e – ν") и (e – ν") + p →n (см. рисунок). Обменное взаимодействие между нейтроном n и протоном p, возникающее согласно идее Тамма и Иваненко благодаря β-силам. Нейтрон n(1), испуская электрон e – и антинейтрино ν", превращется в протон p(2), а протон p(1), поглощая электрон и антинейтрино - в нейтрон n(2) (а). Протон p(1), испуская позитрон e + и нейтрино ν, превращается в нейтрон n(2), а нейтрон n(1), поглощая пару (e + ν) - в протон p(2). GF - константа, характеризующая β-силы (б).

Предпринятые авторами оценки, основанные на экспериментально определенной константе β-взаимодействия G F , показали, однако, что силы, возникающие между нуклонами за счет обменных β-взаимодействий, оказываются на 14-15 порядков меньше тех, которые необходимы для удержания нуклонов в атомном ядре. Казалось бы, авторов постигла неудача. Но работы Тамма и Иваненко стимулировали японского физика Х.Юкаву , сославшегося на эти работы, выдвинуть новую гипотезу. Юкава предположил, что взаимодействие между нуклонами происходит посредством обмена неизвестной ранее заряженной частицей, массу которой он предсказал, исходя из известного экспериментально радиуса действия ядерных сил (см. рисунок).

Ядерные силы, которые возникают согласно гипотезе Юкавы в результате обмена p-мезонами. Нейтрон n(1), испуская отрицательно заряженный π – -мезон, превращается в протон p(2), а протон p(1), поглощая π – -мезон, − в нейтрон n(2) (а). Протон p(1), испуская положительный π + -мезон, превращается в нейтрон n(2), а нейтрон n(1), поглощая π + -мезон, - в протон p(2) (б). Взаимодействие нуклонов путем обмена нейтральным π 0 -мезоном обеспечивает вместе с обменом заряженными пионами зарядовую независимость ядерных сил (в); g − константа, характеризующая величину взаимодействия между нуклонами и пионом.

Она получилась равной около 300 масс электрона, т.е. лежащей между массами электрона и протона. Поэтому ее назвали мезоном. Что же касается силы неизвестного взаимодействия мезонов с нуклонами, то ее можно было оценить, исходя из требуемой величины ядерных сил. Безразмерная константа этого взаимодействия g 2 /ћ c оказалась примерно на три порядка больше, чем безразмерная константа электромагнитного взаимодействия α = e 2 /ћ c → 1/137. Так возникло понятие сильного взаимодействия, отличающегося на 14-15 порядков от слабых β-сил. Установление данного различия сыграло фундаментальную роль в дальнейшем развитии физики элементарных частиц после открытия мезонов, странных частиц, их распадов и взаимодействий.
И вполне справедливо этот результат отнесен к важнейшим открытиям в физике частиц.

О синхротронном излучении и новых идеях

В последующие годы Дмитрий Дмитриевич активно развивал мезонную теорию ядерных сил, хотя для процессов сильного взаимодействия существовавший аппарат теории возмущений не позволял получить надежные результаты, и занимался построением оболочечной модели ядра. Важное значение имела работа, выполненная в 1929 г. совместно с В.А.Фоком , обобщающая уравнение Дирака на случай присутствия гравитационного поля. В совместной работе Д.Д.Иваненко и И.Я.Померанчука было предсказано, что в создаваемых ускорителях высокой энергии - синхротронах - должно наблюдаться (в том числе в световом диапазоне) излучение электромагнитных волн, испускаемых электронами, которые движутся в магнитном поле. После того как это “магнитно-тормозное излучение” (предсказанное еще в 1912 г. А.Шоттом) было экспериментально открыто на электронных синхротронах, в мировую литературу прочно вошел термин “синхротронное излучение”. Этот термин употребляется сейчас и для электромагнитного излучения, порождаемого электронами в магнитных полях различных космических объектов. Оно позволяет получить ценнейшие сведения о процессах, происходящих в космическом пространстве, с помощью методов радио- и гамма-астрономии. Теория синхротронного излучения была развита в сотрудничестве Д.Д.Иваненко с А.А.Соколовым и его учениками, хорошо владевшими (в отличие от Иваненко) математическим аппаратом. За эти работы Иваненко, Померанчук и Соколов получили в 1950 г. Государственную (Сталинскую) премию. В дальнейшем синхротронное излучение и эффекты, связанные с ним, приобрели очень важное значение для техники электронных ускорителей высоких энергий и коллайдеров. Наиболее крупные успехи в использовании синхротронного излучения были достигнуты учеными из Института ядерной физики в Новосибирске. Именно из-за потерь энергии на синхротронное излучение проекты будущих электронных ускорителей-коллайдеров, рассчитанных на энергию в несколько тысяч ГэВ, предусматривают создание многокилометровых линейных, а не кольцевых, ускорителей. Широкое распространение в мире получило создание специальных электронных ускорителей в качестве источников направленного почти монохроматического рентгеновского излучения для рентгеноструктурного анализа конденсированных сред, биологических объектов, а также для использования в прикладных целях, например, создания элементов микроэлектроники.
Обладая большой физической интуицией, Дмитрий Дмитриевич сразу замечал самые интересные и перспективные среди новых направления физики и широко рекламировал их, издавая в русском переводе сборники основных статей, посвященных этим направлениям. Он, по-видимому, одним из первых в нашей стране оценил новейшее развитие электродинамики в конце 1949 г. и выпустил два сборника, содержащих переводы основных работ Ю.Швингера , Р.Фейнмана , Ф.Дайсона и др. Точно так же отреагировал он на возникновение калибровочных теорий, издав сборник “Элементарные частицы и компенсирующие поля”. В начале 30-х годов под редакцией Иваненко вышли переводы на русский язык книг П.Дирака “Принципы квантовой механики” и А.Зоммерфельда “Квантовая механика”. Иваненко активно участвовал в организации конференций по актуальным вопросам физики: в 30-е годы по физике ядра, а в последующие годы - по вопросам гравитации. Работая профессором физического факультета МГУ, он твердо защищал квантовую механику и теорию относительности от наскоков ретроградов и невежд, пользующихся большой поддержкой партийных бюрократов факультета, обвинявших эти науки в буржуазном идеализме.
К сожалению, большое негативное влияние на жизнь и научную деятельность Иваненко оказала его ссора с большинством друзей молодости, в том числе с Таммом, Фоком и в особенности с Ландау, с которым они стали непримиримыми врагами. Дело осложнялось известным противостоянием руководства физического факультета МГУ с академической наукой. Используя лозунги о необходимости борьбы с буржуазным “физическим идеализмом” и соблюдении “принципа партийности” в науке, верхушке физфака удалось изгнать с факультета выдающихся ученых, таких как И.Е.Тамм, Г.С.Ландсберг и др. В результате всего этого Дмитрий Дмитриевич оказался изолированным от академической науки, и у него, всегда внимательно следившего за появлением новых идей и легко подхватывавшего их, не оказалось, за редким исключением, коллег, способных на адекватном уровне эти идеи развивать. Одним из таких исключений были уже упоминавшиеся исследования по синхротронному излучению. За совместную с Иваненко работу Ландау даже “отлучил” Померанчука на некоторое время от участия в своем семинаре. Из-за противостояния АН СССР-МГУ и некоторых поступков самого Дмитрия Дмитриевича представители академической науки перестали цитировать его работы (или цитировали недостаточно полно, не подчеркивая, по мнению Иваненко, его приоритет в создании модели нейтронно-протонного строения ядра). С другой стороны, в борьбе за свой приоритет Дмитрий Дмитриевич неблаговидно повел себя в идеологических кампаниях конца 40-х годов, направленных против “философского идеализма” и “космополитизма” (подробнее об этих драматических событиях см. ). О подобных фактах нельзя умолчать, если мы хотим иметь объективное, правдивое освещение истории отечественной науки, которая развивалась в условиях тоталитарного режима, господствовавшего тогда в нашей стране. Вместе с тем, именно в этих целях следует отдать должное работам и открытиям Д.Д.Иваненко, вошедшим в фундамент современной физики элементарных частиц и атомного ядра.

Литература

Иваненко Д.Д. Эпоха Гамова глазами современника / Гамов Джордж. Моя мировая линия. М., 1994.
Гамов Г.А., Ландау Л.Д., Иваненко Д.Д. Мировые постоянные и предельный переход // Журнал русского физ.-хим. Общества, физический отдел. 1928. Т.60. С.13.
Proc. of Intern. Conf. of History of Part. Phys. Paris, 1982.
Ivanenko D. // Nature. 1932. V.129. May 28. P.798.
Heisenberg W . // Z.S. f. Phys. 1932. Bd.77. S.1.
Tamm I.
Ivanenko D. // Nature. 1934. V.133. June 30. P.981.
Ambarzumian V., Ivanenko D. // Comptes Rendus Sci. Paris, 1930. V.190. P.582.
Атомное ядро. Сб. докладов 1-й Всесоюзной ядерной конференции / Под ред. М.П.Бронштейна, В.М.Дукельского, Д.Д.Иваненко и Ю.Б.Харитона. Л.; М., 1934.
Ivanenko D. // Comptes Rendus Sci. Paris, 1932. V.195. P.439.
Gapon E.N., Iwanenko D. // Naturwiss. 1932. Bd.29. S.792.
Сонин А.С . “Физический идеализм”. История одной идеологической кампании. М., 1994.

ВОСПОМИНАНИЯ О ПРОФЕССОРЕ Д.Д.ИВАНЕНКО

ВЯЧЕСЛАВ ФЁДОРОВИЧ ПАНОВ

ДОКТОР ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИХ НАУК, ПРОФЕССОР
ПЕРМСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА, Е-MAIL: [email protected]

VYACHESLAV FYODOROVICH PANOV

Впервые я лично познакомился с профессором Д.Д. Иваненко в феврале 1975 года. Тогда, работая в должности ассистента на механико-математическом факультете Пермского университета, я проходил курс ФПК на механико-математическом факультете Московского университета. После окончания Пермского университета захотел заниматься гравитацией, и, находясь в МГУ, стал посещать семинары профессора Иваненко. Тогда в МГУ Дмитрий Дмитриевич руководил двумя семинарами: по понедельникам – семинар по элементарным частицам, а в четверг – семинар по гравитации. Он также читал курс для аспирантов. Мне запомнилась демократичность семинаров Дмитрия Дмитриевича. Каждый мог свободно выступать со своими мыслями и идеями. Иваненко особое внимание уделял стратегическим вопросам физики, построению единой теории поля. Поэтому на семинарах большее внимание уделялось физической сущности фундаментальных вопросов, нежели излишним математическим деталям. На семинарах Иваненко выступали физики из многих городов СССР, иногда выступали иностранные учёные. Отмечу, что Д.Д. Иваненко, несмотря на свой солидный возраст и огромный авторитет, поддерживал молодых физиков-теоретиков, предоставляя им делать доклады на своих семинарах, рекомендовал их статьи в журнал ”Известия вузов. Физика”, помогал при подготовке и защите кандидатских диссертаций. Будучи выдающимся физиком, известным во всём мире, Д.Д. не проявлял московского снобизма, никого от себя не отталкивал, помогал создавать новые центры по гравитации в провинциальных вузах различных городов СССР. Благодаря Дмитрию Дмитриевичу состоялось становление Пермской группы гравитационистов, известной публикациями в научной печати, участием во всесоюзных, российских и международных конференциях по теории тяготения, пространства-времени и космологии. Научным руководителем Пермской группы гравитационистов является автор этих строк.

Иваненко любил решать стратегические вопросы, предлагая новые физические идеи, которые впоследствии получали достаточно полное развитие в работах его учеников. Профессор Иваненко постоянно поддерживал научные контакты с крупнейшими физиками мира, уделяя достаточное внимание зарубежным публикациям. Иваненко говорил, что наша группа “идет широким фронтом”, так как неизвестно, где будет прорыв в физике. Позднее (в 80-е годы) вместо двух семинаров у Д.Д. стал функционировать один – гравитационный (неизменно по четвергам), а в понедельник вечером работала “мастерская”, где собиралась узкая группа его ближайших учеников и сотрудников. Дмитрий Дмитриевич часто просил своих учеников дать рецензию на только что вышедшую книгу или сборник научных трудов, или написать отчет о только что состоявшейся конференции. Кое-кому из нас такая работа иногда казалась лишней. Но спустя годы понимаешь, что все это – неотъемлемые элементы воспитания молодой научной смены.

Я поддерживал с профессором Иваненко контакты на протяжении почти 20 лет (хотя и работал в это время в Пермском университете), что привело в 1992 году к моей защите докторской диссертации на физическом факультете МГУ.

Разумеется, в эти годы я периодически приезжал в Москву, выступал на семинарах Иваненко, общался с его учениками (особенно с Ю.Г. Сбытовым и Ю.Н. Обуховым), а также регулярно звонил Дмитрию Дмитриевичу (иногда такой телефонный раз-говор продолжался до 30 минут), писал ему письма, присылал свои статьи. Д.Д. всегда информировал меня о гравитационных конференциях, о самых свежих новостях физики, о достижениях московских коллег, живо интересовался моими результатами. Тогда еще не было электронной почты, зато активно функционировала Советская Гравитационная Комиссия, основанная профессором Иваненко в начале 60-х, после запуска Первого Искусственного спутника Земли и полёта первого человека в Космос. Позднее на её базе было создано Гравитационное общество. Сегодня оно объединяет в своих рядах активно работающие творческие коллективы учёных, большинство из которых так или иначе прошли школу профессора Иваненко и достойно продолжают его дело. Силами Российского Гравитационного общества, председателем которого является В.Н.Мельников, проводятся фундаментальные теоретические и экспериментальные исследования в таких областях как построение фундаментальной картины мира и развитие учения о Высшем Космосе; свойства физического вакуума, элементарные частицы, типы физических взаимодействий и преобразования ФРК; вопросы изучения времени, пространств с нетривиальными топологическими структурами и нецелыми размерностями, множественных геометрий, многих других интересных и перспективных проблем и, конечно, прежде всего – явления всемирного тяготения.

Отмечу, что на каждый семинар Иваненко приносил свежие зарубежные физические журналы и перед выступлением докладчика сообщал слушателям о “новостях науки” (физики). После заседания семинара Иваненко на физическом факультете МГУ устраивался традиционный “чай”. На чайную церемонию мог прийти любой участник семинара. Дмитрий Дмитриевич живо интересовался новыми людьми, приходившими на его семинар: производился обмен адресами, телефонами. Молодым коллегам Д.Д. всегда давал советы по изучению научной литературы. На “чае” обычно он показывал и обсуждал свежие зарубежные журналы, персонально (по-фамильно) распределяя статьи для изучения, давал задания ближайшим сотрудникам, подписывал рекомендации для опубликования статей, живо рассказывал о своих встречах с другими величайшими физиками мира.

На “мастерской” Иваненко, кроме традиционных “новостей науки”, заслушивалось какое – либо краткое, но важное сообщение. Часто обсуждение было “историзированным” (рассматривалось с позиции истории физики). При прослушивании сообщений Д.Д. обращал главное внимание на физическую суть вопроса, математические детали часто просил опустить. Помню также, что на семинарах в основном затрагивались различные вопросы теории гравитации и теории поля, но в тоже время проводились традиционные “новогодние семинары”, на которых заслушивались экзотические доклады, например – сообщение о конференции по поиску внеземных цивилизаций. Д.Д. Иваненко отмечал, что наука не делается раз и навсегда в готовом виде. Он обладал редким даром объективно оценивать идеи, которые выдвигал, и при этом сбалансированно распределять оптимальное время для их дальнейшей разработки.

Профессор Иваненко очень обращал внимание на цитирование работ, говоря, что порядочность в науке начинается и кончается цитированием работ. Это тем более актуально сегодня, когда великие открытия делаются не одним человеком, а являются результатом труда больших коллективов исследователей. Он знал цену себе и своей научной группе, и не напрасно столь ревностно следил за цитированием своих работ и работ его учеников в работах других физиков. Ведь в оценке роли ученого (и его школы) в истории науки играет роль, как его работы цитируют, тогда как в условиях жесточайшей конкуренции в современной науке нередко имеет место намеренное замалчивание порой даже самых важных основополагающих работ.

Д.Д. Иваненко с 1982 года и до конца жизни занимался исследованием космологического вращения (вращения Вселенной). Пермская группа гравитационистов также всегда уделяла внимание исследованию вращения в космологии. Укажем здесь на нашу недавнюю работу: Кувшинова Е.В., Панов В.Ф. Квантовое рождение вращающейся вселенной // Известия вузов. Физика. 2003. № 10. С. 40 – 47. В этой работе показано, что вероятность квантового рождения модели вселенной с вращением может быть больше, чем вероятность рождения модели вселенной без вращения.

Профессор Иваненко был организатором важных физических конференций. Особенно отмечу его роль в организации первой Советской гравитационной конференции (1961г.). К настоящему времени в нашей стране проведено уже 11 национальных гравитационных конференций.

Д.Д. Иваненко положительно воспринимал новые, порой даже самые смелые перспективные научные идеи и помогал их отстаивать, но и вместе с тем он видел тяжелое состояние отечественной науки в 90-е годы. Он говорил, что хозяйство, промышленность можно поднять за 10-15 лет, науку же придется поднимать 50 лет.

Он был великим физиком – теоретиком ХХ века и внес определяющий вклад в развитие ядерной физики, синхротронного излучения, теории гравитации, пространства и времени, Космологии. Д.Д. Иваненко внес неоценимый вклад в создание фундаментальной картины мира.

Семья и Дети