Как отец открыл электрон и получил Нобелевскую премию, а его сын получил ту же награду за открытие волновых свойств этой частицы, читайте в рубрике «Как получить Нобелевку».

Джордж Паджет Томсон

Родился 3 мая 1892 года, Кембридж, Англия

Умер 10 сентября 1975 года, Кембридж, Англия

Нобелевская премия по физике 1937 года (1/2 премии, совместно с Клинтоном Джозефом Дэвиссоном). Формулировка Нобелевского комитета: «За экспериментальное открытие дифракции электронов на кристаллах» (for their experimental discovery of the diffraction of electrons by crystals).

В истории Нобелевской премии часто бывает так, что лауреатом становится ученик нобелевского лауреата. Среди физиков самым известным «нобелиатом, делателем нобелиатов», безусловно, был знаменитый Джи-Джи, Джозеф Джон Томсон. Шесть его учеников: Чарльз Баркла, Чарльз Вильсон, Эрнест Резерфорд, Френсис Астон, Уильям Брэгги Макс Борн — стали нобелевскими лауреатами по физике или химии. Точнее, семь. Но седьмой, Джордж Паджет Томсон, который экспериментально подтвердил волновую природу электрона, был не просто учеником первооткрывателя этой частицы, но еще и его сыном.

Биографию отца нашего героя мы уже подробно рассказывали, повествуя о Нобелевской премии по физике 1906 года. Но два, а точнее, три момента этой жизни важны для дальнейшего рассказа.

Во-первых, именно Джозеф Джон Томсон в 1896-1897 годах, экспериментируя с катодной трубкой Уильяма Крукса, показал, что катодные лучи, с которыми «игрались» почти все физики, — это поток частиц. Отрицательно заряженных. Всегда одних и тех же. Показал и измерил соотношение заряда к массе, тем самым открыл электрон, за исследования которого Томсон-младший получит вторую Нобелевскую премию в семье.

А во-вторых и в-третьих, став директором Кавендишской лаборатории, Томсон положил глаз на симпатичную студентку Розу Паджет. Тем более, что он был очень молодым профессором. Поскольку Томсон был порядочным мужчиной, а отцом Розы был региус-профессором медицины в том же Кембридже, уже в 1890 году молодые люди сыграли свадьбу. А в 1892 году у пары появился сын, Джордж Паджет Томсон (Джи-Пи), и началась наша история.

Джи-Пи учился в школе Перс-скул в Кембридже и был одним из первых учеников в этой частной школе. Когда папа работает в Кембридже, талантливому сыну одна дорога. Тринити-колледж, учеба, учеба, а затем, внезапно, пехота. Потому что, когда началась Первая мировая война, даже сын нобелевского лауреата должен был идти на фронт.

Впрочем, вариант «отмазать» тогда просто не рассматривался. Мы помним, как в сражении при Галлиполи погиб один из самых талантливых ученых Кембриджа, Генри Мозли.

Впрочем, последние годы войны Томсон-младший уже занимался физикой на благо войны: с 1915 по 1919 год он работал в области прикладной аэродинамики и занимался улучшением летных качеств аэропланов. И здесь Джордж показал себя не только талантливым ученым, но и смелым человеком: свои идеи он проверял в том числе и самолично садясь за штурвал самолета. И именно тогда Томсон написал свой первый учебник — по аэродинамике, естественно.

В 1919 году Томсон вернулся в Кембридж и доделал прерванную войной работу, в которой Джи-Джи был его научным руководителем, по изучению электрических разрядов в газах. Занимаясь ею, он, кстати, открыл одновременно с Френсисом Астоном то, что литий существует в форме двух изотопов, с массами 6 и 7. Астон, как мы помним, стал нобелевским лауреатом по химии за открытие стабильных изотопов (начинал он свое «нобелевское» исследование со своим учителем — Томсоном-старшим).

Впрочем, профессором Томсон-младший стал не в Кембридже. В 1922 году он получил профессорскую кафедру в Абердине, где и проработал до 1930 года, когда он вернулся в Лондон, в Имперский колледж.

Но вернемся пока что в Шотландию, где Томсон сделал главное открытие своей жизни. В 1926 году на конференции в Оксфорде он встретил американца Клинтона Джозефа Дэвиссона, который в то время работал в телефонной компании Bell и начал исследования взаимодействия электронов с кристаллами. Авторы очень хотели экспериментально подтвердить гениальную догадку нобелевского лауреата Луи де Бройля о том, что электрон может проявлять волновые свойства.

Вернувшись к себе в Абердин, Томсон включился в эту тематику. Своему талантливому студенту, Александру Риду, он поручил посмотреть, что будет, если пучок электронов направить на тончайшую целлулоидную пленку. Оказалось, что высокоэнергетические электроны, проходя через такую пленку, отклонялись, образуя на помещенной позади мишени фотопластинке дифракционные кольца. По мере возрастания энергии у электронов углы отклонения уменьшались. Электроны вели себя как волны! Однако численно проверить предсказания де Бройля не получилось, структура целлулоида была неизвестна. Рид и Томсон перешли от целлулоидов к металлам, и на кристаллах алюминия, золота, платины, дифракционная картина тоже получалась и полностью согласовывалась с теоретическими выводами де Бройля о корпускулярно-волновом дуализме. В 1927 году такие же результаты получила и команда Дэвиссона в США. По уже сложившейся традиции, «Нобелевки» получили руководители групп.

Отмечая вклад лауреатов, Ханс Плейель, член Шведской королевской академии наук, впрочем, обратил внимание не на триумф де Бройля, а на практический аспект открытия: «С помощью электронных пучков стало возможным объяснить, каким образом структура металлических поверхностей изменяется при различных механических, температурных и химических воздействиях. Кроме того, удалось установить свойства тонких слоев газа и порошка».

Томсон не смог приехать на церемонию: болел. Только через год он прочел Нобелевскую лекцию в Стокгольме. И было очень здорово, что до его «Нобелевки», связанной с электронами, дожил его отец, открывший сам объект изучения.

Открытие дифракции электронов стало вершиной научной карьеры Томсона как ученого, но как организатор науки Джи-Пи пошел намного дальше. Так, именно он был главой комитета MAUD, о котором мы писали в статье о первооткрывателе нейтрона, Джеймсе Чедвике. Этот комитет пришел к выводу о реальности создания атомной бомбы. Именно Томсон координировал взаимодействие английских физиков и их американских коллег по этому вопросу. Параллельно он как признанный специалист в аэродинамике регулярно исполнял роль научного консультанта Министерства авиации. Любопытно, что в качестве хобби он любил делать миниатюрные модели кораблей, а не самолетов. После войны Томсон занимался разными проблемами — от управляемого термоядерного синтеза до изучения атмосферных ливней частиц, которые вызваны космическими лучами.

Как и отец, Джи-Пи получил персональное дворянство, в 1943 году. Как и отец, он женился на дочери крупного университетского деятеля: в 1924 году Джей-Пи взял в жены дочь ректора университета, в котором работал. К сожалению, их брак продлился лишь 17 лет: в 1941 году Кейтлин Адам Смит Паджет Томсон умерла, и четверых детей нобелиат продолжал воспитывать сам. Оставшиеся ему 34 года жизни Томсон-младший прожил вдовцом.

Его коллеги вспоминали, что «способность Томсона связывать между собой разнообразные факты, его богатая память, широкий кругозор и проницательный ум вместе с ненасытной жаждой обмениваться мнениями делали застольные беседы с ним просто восхитительными». Нужно было быть очень неординарным человеком, чтобы запомниться именно так.