1964 год, Николай Басов, Александр Прохоров. Нобелевская премия в области физики "За фундаментальные работы в области квантовой электроники, которые привели к созданию излучателей и усилителей на лазерно-мазерном принципе"
Никола́й Генна́диевич Ба́сов (14 декабря 1922, Усмань, Тамбовская губерния, РСФСР — 1 июля 2001, Москва) — советский и российский физик, лауреат Нобелевской премии по физике (1964), Ленинской премии (1959) и Государственной премии СССР (1989). Дважды Герой Социалистического Труда (1969, 1982). Внёс значительный вклад в развитие квантовой электроники и создание лазерных установок. Создатель (вместе с А. М. Прохоровым) микроволнового аммиачного генератора — мазера.
Вообще, надо сказать, что путь от начала высшего образования до прорыва, принесшего премию, у Николая Геннадьевича был исключительно быстрым, самым быстрым для советского физика. Правда, с самим высшим образованием пришлось повременить: когда Басову исполнилось 19, началась Великая Отечественная война. Он пошел в армию, там прошел подготовку как ассистент врача в Куйбышевской медицинской академии и с 1943 года отправился на Первый Украинский фронт, дойдя с ним до Праги. Удивительно — оба советских создателя лазера прошли войну и уцелели!
По окончании войны Басов поступил в МИФИ и уже с третьего курса начал работать лаборантом в ФИАН, после диплома пойдя туда под руководство Михаила Леонтовича и Александра Прохорова, аспирантом которого он стал. Собственно говоря, в кандидатской, защищенной в 1953 году, и в докторской, защищенной в 1956-м, содержались наброски того, за что потом ему и его научному руководителю дадут Нобелевскую премию: принцип работы квантового генератора (мазера или лазера, двух аббревиатур — Мicrowave Аmplification by Stimulated Emission of Radiation и Light Аmplification by Stimulated Emission of Radiation).
Суть того прорыва, который совершили Басов и Прохоров и который в итоге привел, в полном соответствии с вердиктом Нобелевского комитета, к созданию лазера («решения, которое само ищет себе новые задачи»), описана ниже.
Сам лазер, впрочем, не сделал никто из лауреатов, это удалось лишь в 1960 году Теодору Мейману, обойденному Нобелевской премией. А вот два главных теоретика, Басов и Прохоров, а также их коллега (и создатель мазера) Чарльз Таунс премию 1964 года получили.
---
Алекса́ндр Миха́йлович Про́хоров (11 июля 1916, Атертон, штат Квинсленд, Австралия — 8 января 2002, Москва) — советский и российский физик, один из основоположников важнейшего направления современной физики — квантовой электроники, лауреат Нобелевской премии по физике за 1964 год (совместно с Николаем Басовым и Чарлзом Таунсом), один из изобретателей лазерных технологий. Академик АН СССР (1966). Дважды Герой Социалистического Труда (1969, 1986), лауреат Ленинской (1959), Государственной премии СССР (1980) и Государственной премии Российской Федерации (1998).
Первыми занятиями Прохорова было изучение распространения радиоволн вдоль земной поверхности и измерение расстояний с их помощью. К 1941 году был готов точный дальномер на основе фазового радиоприемника. Про него даже шутили: «Вот Прохоров-крошка, Другим в пример, Катает в колясочке дальномер. И кричит: "Господа и дамочки, Смотрите на наши гаммочки!"»
Зимой 1940–1941 годов наладилась и личная жизнь Прохорова: он повстречал Галину, выпускницу геофака МГУ. Встреча состоялась во время совместных лыжных прогулок с другим будущим лауреатом, Виталием Гинзбургом, рассказ о котором еще впереди. Гинзбург взял свою знакомую, та взяла свою… Обычная цепь случайностей, какая только и приводит нас к глобальным переменам в жизни.
Увы, безмятежность длилась недолго: наступил июнь 1941 года. Прохоров вместе с другими аспирантами записался в ополчение. Несмотря на имеющуюся подготовку (еще в Ленинграде Прохоров получил звание младшего лейтенанта запаса и специалиста в зенитной артиллерии), его отправили на курсы разведчиков. Осенью он сорвался в увольнительную в Москву — в ЗАГС. С декабря 1941 года Прохоров на фронте. В 1942 году — первое тяжелое ранение, в 1943-м — второе. Сначала пострадала рука, затем нога, которые чудом удалось сохранить, но только в 1944 году его признали «негодным к строевой» и с февраля он демобилизовался, с медалью «За отвагу».
Кстати, и будущий «коллега» Прохорова по Нобелевской премии, Николай Басов, воевал и прошел всю войну. Говорят, что когда Прохоров вернулся в ФИАН, его встретили как выходца с того света. Он был первым ФИАНовцем, вернувшимся с войны, до того приходили только вести о смерти сотрудников.
Четыре года Прохоров проработал в прежней области, в 1946 году защитил кандидатскую и переключился на радиоспектроскопию и (неожиданно!) физику ускорителей. Он плотно начал работать с синхротронами.
В 1951 году Прохоров защитил докторскую, а чуть раньше начал работать ассистентом в долгопрудненском Физтехе (говорят, в то время его часто принимали за студента). Появились первые дипломники, и один из них, Николай Басов, стал соавтором Прохорова в главном открытии если не века, то уж точно его жизни.
В мае 1952 года на Всесоюзной конференции по спектроскопии Прохоров с Басовым впервые говорят о возможности устройства, которое будет испускать когерентное микроволновое излучение за счет вынужденного (индуцированного) излучения молекул. Первая публикация на эту тему случилась в октябре 1954 года. За десять месяцев до этого аналогичную работу опубликовал американец Чарлз Таунс, который и создал первое такое работающее устройство, получившее название «мазер» (сокращение от английских слов Мicrowave Аmplification by Stimulated Emission of Radiation — «микроволновое усиление с помощью индуцированного стимулированного излучения»).
Эффект вынужденного испускания фотонов был теоретически предсказан Альбертом Эйнштейном в 1916 году, а уже спустя много лет его удалось получить в лаборатории. Заключается он в том, что вероятность перехода атома из возбужденного состояния в основное значительно повышается под действием фотона. При этом образовавшийся (индуцированный) фотон находится в том же самом квантовом состоянии, что и фотон, вызвавший переход (индуцирующий).
Давайте разберемся, что такое вынужденное излучение. Начнем с минимальной теории строения атома. Атом состоит из ядра и электронов. По умолчанию электроны, которые «движутся» вокруг ядра (для простоты можно представить себе вращение спутника по орбите, хотя в квантовом мире все совсем иначе), находятся на «орбитах» с минимальными энергиями. Если в атом «закачать» энергию (в лазере этот процесс и называется накачкой), то электроны будут находиться на «более высоких» орбитах (не забываем об условности орбит и их высоты). Это возбужденное состояние атома. Атом может вернуться в исходное состояние, испустив квант света. И вот эту-то вероятность испускания света усиливает внешний фотон. Таким образом, у нас есть активная среда, есть возможность накачать ее энергией и есть способ потом эту энергию превратить в вынужденное излучение. А для того чтобы свет имел определенную частоту, нужно заставить его пройти через активную среду определенное число раз. Нужен оптический резонатор. Такой резонатор представляет собой два зеркала, поставленных друг напротив друга, одно из которых полупрозрачное, частично пропускающее излучение за пределы рабочей среды. Это тоже идея Прохорова. Но пока что это все не привело к лазеру.
Прохоров, Басов и Таунс предложили способ, как использовать эффект вынужденного излучения, чтобы получить когерентное излучение в микроволновом диапазоне. Таунс создал первый мазер. Оставалось сделать один шаг — перейти к видимому свету.
Считалось, что резонатор для генератора когерентного излучения должен иметь размер длины волны этого излучения. Это следовало из того, что первые лазеры использовали газовую активную среду. Получалось, что сделать резонатор длиной в сотни нанометров для видимого света не представлялось возможным.
Тот самый шаг в сторону сделал человек, так и не удостоенный Нобелевской премии: американец Теодор Майман в своей лаборатории в Малибу решил использовать в качестве рабочей среды кристалл рубина, и оказалось, что достаточно того, чтобы в размер резонатора укладывалось любое целое количество длин волн излучения. В 1960 году началась эпоха лазера — буква M (microwave) в уже знакомой нам аббревиатуре сменилась буквой L (light).
А дальше была Нобелевская премия по физике, поделенная на троих: Прохорова, Басова и Таунса. Человек, сделавший последний шаг к «решению, которое само ищет себе задачу», остался за бортом премии.
А дальше еще много открытий и свершений: собственный институт в АН СССР (знаменитый и сегодня Институт общей физики, ИОФАН, ныне — ИОФ РАН имени А.М. Прохорова), лазер на основе двухквантовых переходов, ИК-лазеры, непрерывные лазеры…
https://indicator.ru/physics/aleksandr-prohorov.htm
