В ноябре 2012 г. исполняется 120 лет со дня рождения выдающегося отечественного физика, создателя крупной научной школы в области физики атомного ядра, элементарных частиц и космических лучей академика Дмитрия Владимировича Скобельцына (1892 - 1990).

После окончания в 1915 г. физико-математического факультета Петербургского (тогда Петроградского) университета Скобельцын был оставлен на кафедре физики для подготовки к профессорской деятельности. Совмещая научные интересы с преподаванием, он в 1925 г. начал исследования в Ленинградском физико-техническом институте (ныне Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН). Его первые эксперименты были посвящены эффекту Комптона.

В 1923 г. американский физик Артур Комптон (нобелевский лауреат 1927 г.) открыл эффект, названный его именем, и заложил основы теории рассеяния коротковолнового излучения на свободном электроне. И для Скобельцына представляло большой интерес изучить процесс взаимодействия с электронами наиболее жесткого из известных тогда видов излучений - y-лучей радиоактивных веществ. Он нашел удачный методический подход к решению этой задачи: использовал камеру Вильсона, поместив ее в постоянное магнитное поле для количественного анализа взаимодействия релятивистских частиц с веществом. Эти опыты привели ученого к однозначному выводу, что существует не только качественное, но и количественное согласие с теорией взаимодействия квантов излучения со свободными электронами, развитой Комптоном. Этим методом был открыт ряд элементарных частиц и изучены многие важнейшие процессы, происходящие при высоких энергиях.

В дальнейшем Дмитрий Владимирович применил явление Комптона для спектроскопии у-лучей. Это послужило основой серии исследований спектров (3- и у-лучей и сыграло большую роль в изысканиях, имеющих важное теоретическое и практическое значение.

Главные работы Скобельцына, явившиеся стержнем всей его научной деятельности, посвящены исследованиям космического излучения. Анализируя снимки, полученные им в камере Вильсона в серии опытов по изучению комптон-эффекта, он обратил внимание на следы частиц, не искривленные магнитным полем. Оказалось, что среди следов р- частиц и электронов, выбитых у-лучами и сильно изогнутых магнитным полем, имеются совершенно прямые следы, принадлежащие частицам с энергией не менее 15 МэВ. Последнее обстоятельство показало: обнаруженные следы нельзя приписать излучениям радиоактивных веществ. Более того, средняя ионизация, создаваемая в атмосфере частицами, соответствовала ионизации воздуха космическими лучами. На этом основании Дмитрий Владимирович сделал важное заключение: прямые следы в камере Вильсона принадлежат заряженным частицам космических лучей. И хотя ученые обнаружили их еще в 1912 г., однако вплоть до работ Скобельцына 1927 г. непосредственная причина ионизации не была ясна, ибо среди физиков интерес к этому объекту был невелик, его изучали в основном как геофизическое явление.

Открытие ученого явилось переломным моментом в развитии этого раздела физики. По существу настоящие исследования космических лучей и начались лишь после того, как он показал наличие в них заряженных частиц высокой энергии.

Следующим принципиально важным шагом было установление им того факта, что в области высоких энергий происходят явления, не имеющие известного аналога. Речь о том, что частицы космических лучей довольно часто проявляются группами, по современной терминологии, ливнями. Открыл их Скобельцын в 1929 г.

Во второй половине 1930-х годов центральными в физике космических лучей являлись две связанные между собой задачи: существование и свойства вновь открытых частиц - мезонов и каскадная теория электронно-фотонной компоненты. Дмитрий Владимирович внес существенный вклад в решение обоих вопросов.

Он руководил также исследованиями и в других разделах ядерной физики. Среди этих работ следует отметить всестороннее изучение процесса образования электронно-позитронных пар в газе, наполняющем камеру Вильсона, под действием у-лучей. Было показано, что явление, наблюдающееся при взаимодействии фотонов с электрическим полем ядер атомов различных элементов, превосходно согласуется с экспериментом.

Под руководством Скобельцына получили широкое развитие исследования космического излучения на больших высотах. В результате удалось показать, что первичные космические лучи представляют собой электрически заряженные частицы. Используя магнитное поле Земли в качестве своеобразного измерительного прибора, стало возможным рассортировать это излучение по энергиям. Из проведенного анализа следовало: космические лучи быстро поглощаются в атмосфере. Последующие работы, выполненные Скобельцыным и его учениками, показали, что причина больших потерь энергии кроется во взаимодействии заряженных частиц с ядрами атомов атмосферы.

Во время Великой Отечественной войны ученый, находясь в эвакуации вместе с Физическим институтом АН СССР в г. Казани, руководил рядом работ оборонного и прикладного характера. Вместе с тем он продолжал теоретические изыскания по так называемым широким атмосферным ливням, открытым в 1938 г. французским физиком Пьером Оже. По инициативе и под руководством Скобельцына на Памире в 1944 г. начали детальное их изучение. В дальнейшем

эти экспедиции проводили ежегодно. А совокупность полученных данных привела Дмитрия Владимировича и его учеников к выводу: данные ливни представляют собой не чистые электронно-фотонные лавины, а являются продуктом сложного ядерно-каскадного процесса. На основе этого анализа была построена ядерно-каскадная схема образования ливней, получившая всеобщее признание и оказавшаяся в дальнейшем крайне плодотворной при постановке новых экспериментов.

Для получения данных о частицах сверхвысоких энергий ученый выдвинул идею о необходимости исследовать широкие атмосферные ливни одновременно на двух уровнях - на поверхности земли и под землей.

Наряду с изучением ядерных процессов при очень высоких энергиях продолжалось исследование космических лучей на больших высотах, причем был проанализирован их состав. Существенно, что эти работы выполнялись в стратосфере на различных широтах. А в 1947 г. под руководством академика (с 1946 г.) Скобельцына начались также первые опыты на ракетах по изучению космических лучей за пределами атмосферы.

Новое понимание общей картины явлений, происходящих в космических лучах, было изложено Скобельцыным в его речи на Общем собрании Академии наук СССР в феврале 1950 г. Тогда по сути физика космических лучей стала разделом ядерной физики в области высоких энергий. В 1951 г. академик Скобельцын и его ученики за открытие и изучение электронно-ядерных ливней и ядерно-каскадного процесса были удостоены Государственной премии СССР.

В последующих работах данную концепцию развивали и уточняли. В частности, большое внимание уделяли вопросу о распределении энергии первичной ядерно-активной частицы между образованными ею вторичными. В итоге была установлена большая упругость столкновений частиц высоких энергий с легкими ядрами. Оказалось, что в среднем нуклон при взаимодействии передает генерированным пи-мезонам только 30 - 40% своей энергии. Большая же ее часть сохраняется у него. Эта особенность играет важную роль в формировании общей картины поглощения в атмосфере энергии космических лучей.

Детальное изучение широких атмосферных ливней позволило ученым сделать ряд важных выводов. В частности, было показано, что при энергии 10¹¹ - 10¹² эВ соударение двух нуклонов часто приводит к образованию сгустка возбужденной ядерной материи, движущегося со сравнительно небольшой скоростью и рассыпающегося на л-мезоны. Все данные, полученные в этих исследованиях, прочно вошли в науку о космических лучах и составляют основу физики процессов, происходящих при высоких и сверхвысоких энергиях частиц.

Академик Скобельцын основал и большую научную школу физиков - специалистов по атомному ядру, космическим лучам и ускорителям. Его педагогическая, организаторская деятельность также имела широкий размах. В 1940 г. он создал на физическом факультете МГУ им. М. В. Ломоносова кафедру атомного ядра, а позже - Отделение ядерной физики, которым руководил много лет. В 1946 г. Скобельцын организовал Научно-исследовательский институт ядерной физики МГУ и в течение 15 лет был его директором. Под его руководством институт превратился в ведущий центр исследований по ядерной физике и физике высоких энергий.

С 1951 г. после смерти академика Сергея Вавилова Скобельцын стал директором Физического института им. П. Н. Лебедева АН СССР. И за два десятилетия его руководства там произошли структурные изменения, в лабораториях появились и развились новые направления.

Широко известна общественная деятельность Скобельцына. В течение многих лет он возглавлял комитет по международным Ленинским премиям "За укрепление мира между народами". Вместе с тем он был одним из инициаторов и ведущих деятелей Пагуошского движения ученых за мир.

Заслуги Дмитрия Скобельцына перед нашей страной и наукой отмечены присвоением ему звания Героя Социалистического Труда, Ленинской и Государственной премиями СССР, шестью орденами Ленина, другими высокими наградами.

В целях поощрения ученых за выдающиеся труды и открытия в области физики элементарных частиц и космических лучей Российская академия наук в 2004 г. учредила золотую медаль имени Д. В. Скобельцына. Она присуждается раз в пять лет. Первым ее лауреатом в 2005 г. стал крупный специалист в области физики высоких энергий и элементарных частиц академик Георгий Зацепин.

О некоторых исследованиях, основы которых были в свое время заложены академиком Скобельцыным, рассказывается в двух статьях, публикуемых далее.

По материалам сайта Научно-исследовательского института ядерной физики им. Д. В. Скобельцына МГУ

Подготовил Сергей МАКАРОВ

Публикатор:

Постоянная ссылка для научных работ (для цитирования):

Комментарии: