Нобелови лауреати – 1944 година

Изидор Исак Раби (Isidor Isaac Rabi)

29 юли 1898 г. – 11 януари 1988 г.

Нобелова награда за физика

(За резонансния метод на измерване на магнитните свойства на атомните ядра.)

Американският химик Изидор Исак Раби е роден в Риманов (бивша Австро-Унгарска империя, днес в Полша) и е първото от двете деца на черноработника Давид Раби и Жени (Тейг) Раби. Скоро след раждането на Изидор Раби баща му емигрира в Съединените щати, а след няколко месеца взема там жена си и сина си. Раби израства в Ист сайд и в Бруклин (град Ню Йорк), където баща му държи малко магазинче за плодове. Родителите на Раби са дълбоко религиозни евреи хасиди и той започва да ходи на религиозно училище, когато става на три години. Начално образование получава в държавните училища в Ню Йорк. Любознателен читател на книги от обществената библиотека, той проявява рано интерес към науката и техниката. На единадесет години разработва система за областна телеграфна връзка и още като юноша публикува в научно-популярно списание статия за това как човек може да си направи сам електрически кондензатори. Макар че родителите му се надяват да стане равин, Раби предпочита заниманията в Бруклинското занаятчийско училище и получава Регентската стипендия на щата Ню Йорк, която е предназначена за заплащане на обучението му в Корнелския университет в град Итака (щат Ню Йорк).

Като започва следването си в "Корнел" през 1916 г. във факултета по електротехника, Раби завършва следването си след три години със степента бакалавър по химия. През следващите три години работи като химик, но разбира, че антисемитизмът стеснява кръга на разкриващите се пред него възможности. Пред 1922 г. Раби се връща в Корнелския университет вече като аспирант-химик, но малко по-късно стига да заключението, че истинското му призвание е физиката. След като се премества в Колумбийския университет (1923 г.) той си изкарва прехраната с преподаване в Ню Йорк сити колидж. През 1926 г. получава научната степен доктор по физика за измерването на магнитните свойства на кристалите. По време на работата си над своята дисертация Раби усъвършенства дотолкова метода за измерване, че измерванията, за които преди трябвало да минат години, вече можели да се осъществяват за седмици.

Скоро след защитата на докторската си дисертация Раби получава стипендия за осъществяване на по-нататъшни изследвания в Европа. Като прекарва две години в Германия и Дания, той установява дружески и делови отношения с Ервин Шрьодингер, Арнолд Зомерфелд, Нилс Бор, Волфганг Паули и Ото Щерн, които имат неоценим принос за развитието на квантовата теория за атомните и субатомните системи. Квантовата теория твърди, че частиците в атома могат да заемат само напълно определени енергетични равнища; никаква енергия, разположена между тези разрешени равнища не се наблюдава никога. Общо взето по това време, когато Раби пристига в Европа, Шрьодингер, Макс Борн, Вернер Хайзенберг и П. Е. М. Дирак развиват общия математически подход към квантовите проблеми, получил названието квантова механика. Принципите на тази нова наука позволяват да се обяснят много явления, които не могат да бъдат обяснени въз основа на класическата физика.

Щерн и Валтер Герлах осъществяват опит, който позволява да се създават лъчи атоми или молекули, като се пропускат нагрети пари във вакуум през редица процепи. Пропускайки лъч сребърни атоми през магнитно поле, те откриват два различни лъча вместо очакваното непрекъснато гладко размиване на лъча: лъчът се е разделил! Това означава, че в магнитно поле атомите на лъча могат да заемат само две ориентации, съответстващи на две дискретни енергетични равнища. Това явление можело да бъде обяснено само от квантовата механика. След като обсъжда този експеримент с Щерн, Раби предлага усъвършенстван метод за провеждане на измерванията. После се среща с Хайзенберг, на когото прави неизгладимо впечатление.

Раби се връща в Ню Йорк и през 1929 г. става лектор (тази длъжност му е дадена по препоръка на Хайзенберг), през 1930 г. - асистент-професор, а през 1932 г. - адюнкт-професор в Колумбийския университет. Като ръководи програмата по теоретична физика в Колумбийския университет, Раби започва свои експериментални изследвания на атомните и молекулните лъчи със средства, предоставени от Харолд К. Юри, който по това време е професор по химия в същия университет. Експериментите на Щерн, разкрили ориентацията на атомите в силно магнитно поле, получават обяснение, след като се разбира, че електроните притежават свойство, наречено "спин": в магнитно поле оста на електронния спин може да бъде ориентирана в което и да е от двете направления. Енергията на тези две състояния зависи от магнитния момент, свързан със спина на електрона, а също така от напрежението на магнитното поле. По-късно става ясно, че атомът си взаимодейства също така с магнитните полета чрез ядрения спин и свързания с него магнитен момент. Изчислявайки теоретично поведението на атомите в по-слаби магнитни полета, Раби предсказва, че молекулярният лъч ще се разцепи на повече от две части. Броят на лъчите зависи от взаимодействието на ядрените с електронните спинове и с приложеното магнитно поле; всеки нов лъч се състои от атоми с еднакви ядрени и електронни спинове. Той успява да потвърди своето предвиждане експериментално, когато разработва метод за измерване на ядрения спин чрез преброяване на разцепленията на молекулярния лъч.

През 1937 г. Раби открива, че като използва слаб радиочестотен сигнал към молекулярния лъч в магнитното поле, може да накара атомите да променят ориентацията на своите спинове. Като управлява честотата на радиосигнала, той успява да направи точни измервания на спина на ядрото и на напрежението на ядреното магнитно поле. Първите измервания на Раби се оказват около десет пъти по-точни от измерванията, осъществени с по-предишни методи, а следващите усъвършенствания позволяват да се достигне хиляда пъти по-голяма точност. Понеже ядреният спин и свързаното с него ядрено магнитно поле са фундаментални свойства на ядрото, за да се разбере неговото поведение, са необходими точни знания за техните значения. Именно затова измерванията на Раби имат необичайно важно значение за такава развиваща се област като ядрената физика.

След началото на Втората световна война изследователската група на Раби в Колумбийския университет се разпада. През 1940 г. той си взема отпуск, за да заеме поста заместник-директор на радиолокационната лаборатория в Масачузетския технологичен институт, където отговаря за разработката на микровълнови източници за използването им в радарните системи. Като търси надеждни помощници, Раби кани много известни физици, сред които Джулиан С. Швингер, Едуард М. Пърсел, Робърт Дике и Джордж Ю. Юленбек. Предполагайки, че радарът може да осигури по-бързо преимущество на съюзниците във военната техника от атомната бомба, поради което се отказва да участва в Манхатънския проект, Раби често посещава лабораторията в Лос Аламос (щат Ню Мексико) като неофициален консултант на Дж. Р. Опенхаймър. Той е сред учените, които присъстват при първото изпитание на атомната бомба в Аламогордо (щат Ню Мексико). След войната взема участие в успешни опити да се установи граждански контрол над ядрената енергия и нейното използване.

През 1945 г. Раби се връща в Колумбийския университет, където става ръководител на физическия факултет. Макар че повечето от водещите физици, които са принудени по време на войната да напуснат университета, не се връщат, Раби успява да възстанови университетското физическото училище. След известните физици, които работят в Колумбийския университет през тези години, са Уилис Ю. Лам и Поликарп Куш. Към измерванията на атомните спектри те са подтикнати отчасти от ранните изследвания на Раби. Като ръководител на факултета той участва активно в създаването на Брукхейвънската лаборатория в Лонг Айлънд - научно-изследователско подразделение, занимаващо се с проучвания в областта на мирното използване на атомната енергия, осъществявани от няколко университета по договор с Комисията за атомна енергия на САЩ. През 1964 г. Раби е удостоен от Колумбийския университет със званието университетски професор , а през 1967 г. - със званието почетен професор от същия университет.

През 1926 г. Раби се жени за Хелън Нюхаус. Съпрузите има две дъщери. Семейството живее близо до Колумбийския университет, в който Раби понякога чете лекции и участва в семинари. В свободното си от работа време той обича да се разхожда, да ходи на театър, а също така да пътешества.

Освен с Нобелова награда Раби е удостоен с медала Елиът Кресон на Франклиновия институт (1944 г.), с международния златен медал Нилс Бор на Датското дружество на инженерите-строители, електротехниците и механиците (1967 г.), с наградата "За мирен атом", учредена от фонда "Форд, със златния медал Папин на Колумбийския университет (1981 г.), с бразилския Орден на Южния кръст и с френския Орден на Почетния легион. Раби има много почетни докторски степени, а също така е член и бивш президент (през 1950 г.) на Американското физическо дружество, член е на Американската национална академия на науките, на Американското философско дружество, на Американската академия на науките и изкуствата, на академията науките на Бразилия и на Япония. Той участва в работата на международни комитети за контрол над въоръжаването и над използването на ядрената енергия. През 1985 г. Колумбийският университет в знак на признателност за заслугите му учредява катедрата по физика "Изидор Исак Раби".

Превод от руски: Павел Б. Николов