Открытие, во многом определившее облик современной науки и «наукоемких технологий», было сделано в начале1944 г. в холодной, голодной военной Казани. Доцент Казанского университета Е.К.Завойский вместе со своими сотрудниками С.А.Альтшулером и Б.М.Козыревым открыли явление электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Значительность открытия и тяжесть условий, в которых оно было сделано, являют собой настолько разительный контраст, что иначе как научным подвигом назвать его невозможно. Вероятно, такое несоответствие, трудно воспринимаемое обыденным сознанием, и стало основанием для многих мифов, возникших позже вокруг самого явления и истории его открытия — от анекдотических до весьма драматичных. Вот лишь небольшой их перечень: будто бы «без радарной техники прийти к ЯМР и ЭПР было невозможно; что нобелевские лауреаты Ф.Блох и Э.М.Перселл проводили свои эксперименты почти одновременно с Завойским»; будто ЭПР «теоретически открыли» задолго до того, как его «экспериментально обнаружили»; что это было чисто случайное открытие; или же, наоборот, что лаконичность Завойского и всем очевидная значимость открытия позволили тому сформулировать описание своего открытия в виде докторской диссертации всего на трех страницах. Видимо, такое обилие мифов говорит об истинном масштабе события.

Немного истории

В действительности же открытию ЭПР предшествовала многолетняя работа. Поиском резонансного поглощения электромагнитных волн парамагнетиками Завойский заинтересовался еще задолго до войны. По свидетельству его коллег и друзей, «молодой физик Евгений Константинович Завойский чуть ли не со студенческих лет вынашивал мысль об использовании электромагнитных полей радиочастотного диапазона для изучения строения и свойств вещества». К 1930-м годам в физическом сообществе уже вызревала идея синтеза двух областей физики — радиоспектроскопии и парамагнитной релаксации. В многочисленных теоретических работах, посвященных парамагнитной релаксации и взаимодействию парамагнетиков с переменными электромагнитными полями, были сформулированы основные понятия и принципы этой новой области физики. Однако ни одна из этих работ не давала ответа на вопрос об условиях и даже принципиальной возможности наблюдения резонансного поглощения электромагнитных волн в твердых телах. «Грубые… теоретические оценки этих времен (магнитной релаксации), приведенные в работе Гайтлера и Теллера. могли отбить всякую охоту к постановке опытов». Тогда главным экспериментальным достижением тех лет были опыты И.А.Раби по поглощению радиочастотных электромагнитных волн пучками атомов в магнитных полях. Однако и в них отсутствовала парамагнитная релаксация — основное условие наблюдения резонансных явлений. В 1930-х годах поиском парамагнитного резонанса в конденсированном веществе занимался голландский физик К.Я.Гортер. В предвоенные годы ему не удалось обнаружить парамагнитный резонанс — одна из его статей так и называлась: «Отрицательный результат эксперимента по обнаружению ядерного магнитного резонанса». После начала войны, по его собственному признанию, «условия в Голландии были слишком тяжелыми, чтобы проводить исследования любого необычного вида».

Учитывая отрицательный опыт Гортера, Завойский, непревзойденный экспериментатор, разработал оригинальный чувствительный метод регистрации величины поглощенной электромагнитной энергии (метод сеточного тока, в отличие от калориметрического метода Гортнера). Надо заметить, что Завойскому принадлежит отнюдь не только авторство в открытии самого явления. Его оригинальные и исключительно плодотворные технические идеи до сих пор лежат в основе техники ЭПР-спектроскопии. Среди них — и упомянутый метод регистрации поглощенного излучения (хотя и в несколько обновленном, полупроводниковом варианте), и метод модуляции постоянного магнитного поля.

Итак, к началу1941 г. Завойский вплотную подошел к открытию ядерного магнитного резонанса. В мае-июне1941 г. он со своими коллегами впервые зарегистрировал сигнал ядерного магнитного резонанса на протонах воды. Вот как вспоминает об этом участник событий Б.М.Козырев: «Совсем незадолго до начала войны Евгению Константиновичу удалось действительно наблюдать, и не однократно, а многократно, сигналы ядерного магнитного резонанса в водных растворах парамагнетиков. Главной причиной была наша скромность, точнее сказать, осторожность. Из-за того что не всегда получались результаты, мы побоялись их опубликовать, зная теоретические прогнозы о том, что времена релаксации исчисляются миллионами лет и что никакого эффекта быть не должно. Вероятно, если бы можно было поработать еще несколько месяцев, мы бы все-таки опубликовались…». Начавшаяся война и позиция Академии наук, эвакуированной в Казань, не позволили Завойскому завершить эту работу. Драматические события того времени конспективно описаны им в воспоминаниях: «Проточная система по ядерному резонансу. Война, появление комиссии из Москвы. Разгром установки как «кустарного сооружения». Комиссия стояла полминуты и затем прозвучала фраза: «Здесь все самодельное и не имеет никакой научной ценности». Угроза была приведена в исполнение, комната разгромлена, оборудование как мусор выброшено за дверь». В конце1943 г., после возвращения Академии в Москву, Завойский, наконец, смог возобновить свои исследования, однако решил не возвращаться к изучению ЯМР, а заняться поглощением радиоволн парамагнитными веществами. Эта работа привела его уже в начале1944 г. к открытию резонансного поглощения электромагнитных волн, обусловленного электронными магнитными моментами, — явления ЭПР.

С этого момента количество работ в области магнитной спектроскопии, как фундаментальных, так и прикладных, нарастает лавинообразно. В1946 г. группы Перселла и Блоха сообщили о своем открытии ядерного магнитного резонанса (Нобелевская премия1952 г.). Альтшулер в1952 г. предсказал, а позднее открыл акустический парамагнитный резонанс, в1956 г. Дж.Фэер сообщил о двойном электронно-ядерном резонансе; открыто множество других резонансных явлений в магнитных системах. Методы магнитного резонанса оказались чрезвычайно эффективны в изучении электронного строения вещества, в химическом анализе, минералогии и др.

Добавить комментарий