Об ученом, который открыл волновую природу электрона и проложил дорогу к созданию электронного микроскопа, рассказывает очередной выпуск рубрики «Как получить Нобелевку».

В прошлую среду мы рассказали, как сын великого Джозефа Джона Томсона открыл волновые свойства электронов, обнаруженных его отцом. Мы упомянули также, что Джордж Паджет Томсон совершил свое открытие не один: в то же время ту же самую дифракцию увидели и в США. «То, что потоки электронов обладают свойствами волновых пучков, было открыто в начале 1927 года одновременно в большой промышленной лаборатории в центре большого города и в маленькой университетской лаборатории для наблюдения за холодным и пустынным морем. Совпадение кажется еще более поразительным, если вспомнить, что приборы, использованные для этого открытия, постоянно использовались в лабораториях по всему миру в течение более четверти века. И все же совпадение не было, на самом деле, ни коим образом замечательным. Открытия в физике делаются тогда, когда приходит их время но не ранее того: создались условия – и событие происходит, чаще всего почти одновременно в удаленных друг от друга местах», — тут мы уже цитируем нобелевскую лекцию второго первооткрывателя. Итак, знакомьтесь:

Клинтон Джозеф Дэвиссон

Родился 22 октября 1881 года, Блумингтон, Иллинойс, США

Умер 1 февраля 1958 года, Шарлотсвилл, Виргиния, США

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

Наш герой родился в простой американской семье, не хватавшей звезд с неба. Отец, Джозеф Дэвиссон, был маляром, а мать, Мари Дэвиссон, урожденная Калверт, была школьной учительницей. Блумингтонская средняя школа перешла в Чикагский университет, где юноша показал такие успехи в физике, что на него обратил внимание будущий нобелевский лауреат Роберт Милликен. Да так, что в середине второго учебного года (1902/3 годы) Клинтона отправили преподавать физику на место умершего профессора в Университет Пердью. В 1904 году Дэвиссон вернулся в Чикаго и стал преподавателем в Принстонском университете, за летние месяцы делая диссетрацию.

Руководителем докторской диссертации у Дэвиссона стал еще один будущий нобелевский лаурат — работавший в то время в Принстоне специалист по термионным явлениям и электронному газу сэр Оуэн Ричардсон из Кавендишской лаборатории.

Кстати, Дэвиссон извлек из сотрудничества с Ричардсоном не только рифму в фамилиях в публикации и в докторской диссертации, он еще и женился на его родной сестре Шарлотте Саре, которая стала матерью его четверых детей. Впрочем, диссертация «О тепловом испускании положительных ионов горячими телами» (On the Thermal Emission of Positive Ions From Hot Bodies) тоже получилась на заглядение.

После чего чета Дэвиссон переехала в Питтсбург: физик получил позицию ассистент-профессора в Технологическом институте Карнеги. Там была такая тяжелая педагогическая нагрузка, которая вообще не оставляла времени на науку, так что — простите за кощунство — вступление США в Первую мировую в 1917 году стало почти желанным перерывом. Дэвиссон «на радостях» даже хотел пойти воевать, но не прошел по здоровью. Но перерыв ученый себе все же устроил: взял отпуск без содержания и пошел работать в компанию Western Electric, где начал разрабатывать лампы для военной радиосвязи. Ему так понравилось работать в инженерной лаборатории (никаких студентов, большая свобода творчества), что он остался. Правда, компания стала скоро называться Bell Telephone Laboratories, в честь основателя и изобретателя телефона Александра Белла, но сути это не меняет.

Именно там Клинтон Дэвиссон вместе с сотрудником Лестером Джермером провел в самом начале классический опыт, который вошел в историю физики как опыт Дэвиссона — Джермера, в котором они изучали отражение электронов от монокристалла никеля.

Нужно сказать, что Лестер Джермер тоже был человеком с не самой обычной биографией. Военный летчик, истребитель в Первую мировую, прекрасный инженер и физик. Вся его жизнь была нестандартной. Так, например, в 49 лет он всерьез занялся скалолазанием, а в 75 умер от сердечного приступа во время восхождения на сложность по маршруту с каким-то очень суровым показателем трудности.

Через десять лет эксперимент привел Дэвиссона к Нобелевской премии, которую он разделил не со своим ассистентом, а с Джорджем Паджетом Томсоном, совершившим то же открытие в то же время, с которым наш герой поделился своими идеями в 1926 году на одной из конференций. Кстати, Томсон тоже выполнял эксперименты со студентом и тоже получил половину премии единолично.

«Создание условий для открытия дифракции электрона началось, можно сказать, с Галилея. Но я не предлагаю стараться превзойти джентльмена, который начал историю своего села с событий, произошел в саду Эдема», — так говорил Дэвиссон в своей Нобелевской лекции. Однако даже от идеи корпускулярности света, выдвинутой Томасом Янгом в 1800 году и воскрешенной Максом Планком в 1899 году, до дифракции электрона был непростой путь. Должен был появиться Луи де Бройль с его идеей корпускулярно-волнового дуализма, и должны были состояться прозрения и талантливые руки Дэвиссона и Томсона для наглядной демонстрации эффектов квантового мира.

После «Нобелевки» Дэвиссон сделал еще очень много. Уже после открытия дифракции работа его и Джермера привела Эрнста Руску к созданию электронного микроскопа в 1931 году (а потом Руске пришлось ждать своей премии 55 лет!). А другие работы нашего героя можно найти везде, где применяются микроволны — от микроволновки до обсерватори ALMA. Радары, кварцевые генераторы и тому подобное.

Наш герой прожил три четверти века, проработал до седьмого десятка в своей лаборатории, потом преподавал — и умер спокойно во сне. Именем Дэвиссона был назван 92-километровый кратер на обратной стороне Луны, соприкасающийся с кратером Лейбница (Международный Астрономический Союз одобрил это название в 1970 году). С 1965 года Американское физическое общество вручает премию Дэвиссона — Джермера в области физики поверхности. Так коллеги почтили память обоих авторов знаменитого эксперимента.