Szergej Vavilov
Egy sugárzó személyiség
A Cserenkov-sugárzás[1] felfedezésében döntő szerepet játszó Szergej Vavilov rendkívül sokat tett a szovjet fizikai kutatások megalapozásáért – különösen az 1930-as évek során. Ő hívta életre a Lebegyev Fizikai Intézetet is.
Szergej Vavilov 1891-ben született Moszkvában. Édesapja, aki jómódú textilkereskedő volt, nagy hangsúlyt fektetett két fia taníttatásra. Szergej másodéves egyetemi hallgató korától Nyikolaj Lebegyev (1866–1912) laboratóriumában dolgozott. Alig fejezte be egyetemi tanulmányait, amikor kitört az I. világháború. 1917-ben német fogságba esett. Vallatótisztje történetesen fizikus volt, s egy éjszakán át fizikai problémákról beszélgettek, különösen Max Planck új eredményeiről. Reggel a német tiszt megszöktette Vavilovot, aki 1918 februárjában tért vissza Moszkvába. Addigra édesapja összes vagyonát elveszítette és emigrált. A két fiú azonban – sok tudóshoz hasonlóan – a Szovjetunióban maradt. A kormány úgy döntött, hogy jobb híján a „kapitalista ideológián nevelkedett” tudományos és műszaki szakemberek munkájára kell támaszkodnia. Ezért a tudósok – a polgárháború és a gazdasági összeomlás mellett – viszonylagos szabadságot élveztek az 1920-as években.
Nemlineáris optika
Visszatérte után Vavilov a Fizikai és Biofizikai Intézetben kezdett el dolgozni. Az igazgató, Pjotr Lazarev azt javasolta, hogy fizikai optikával foglalkozzon. Vavilov kezdetben szerves festékmolekulák fotolumineszcenciáját vizsgálta, s a következő években munkatársaival megfogalmazta a lumineszcencia alapvető törvényeit. Úttörő szerepet játszott az új és gazdaságos fényforrások, a lumineszcens lámpák fejlesztésében.
Hosszú kutatás után olyan uránüvegre akadtak, amely több százszor hosszabb ideig bocsátott ki lumineszcens fényt, mint a festékoldatok. Felfedezték, hogy az uránüvegben a fényelnyelés csökken a fény intenzitásának növekedtével. A ma fotorefraktív hatásnak nevezett jelenséget a beeső fény hatására kiürülő energia-alapállapot következményének tekintették. Vavilov vezette be a „nemlineáris optika” kifejezést.
Az 1930-as évek elején a politikai légkör – Sztálin hatalmának megszilárdulása után – hirtelen rosszabbodott. Számos tudóst helyeztek vád alá. Lazarevet 1931-ben letartóztatták, majd az Uralba száműzték. Kollégáit eltávolították az intézetből, de Vavilov – a korábbi évekhez hasonlóan – taníthatott az egyetemen. A Lebegyev–Lazarov-féle tudományos iskola megőrzése érdekében több akadémikus javasolta, hogy Vavilovot válasszák a szovjet tudományos akadémia tagjai közé, amire 1932-ben sor is került.
Ugyanebben az időben a leningrádi Optikai Intézet igazgatója állást ajánlott Vavilovank, hogy megmentse a tudományos kutatást, mert a kormány – elsősorban katonai célú – optikai műszereket akart gyárttatni az intézetben. 1932-ben Vavilov lett az kutatási igazgató és még ugyanebben az évben – az akadémia kérésére – elvállalta a kis, leningrádi Fizikai Intézet vezetését. Számos fiatal fizikust gyűjtött maga köré, s megszervezte a neutronok, a sugárzással keltett lumineszcencia és a színes kristályok vizsgálatát.
A Vavilov–Cserenkov-sugárzás
Vavilov és Brumberg 1932-ben kidolgozott egy fotometriai eljárást, amely a szemet használta műszerként a látási küszöbhöz közeli, alacsony fényintenzitások méréséhez. Ez a vizuális módszer nagyon hasznos volt a fotoelektron-sokszorozók megjelenése előtt, s nagy szerepet játszott a Vavilov–Cserenkov-sugárzás felfedezésében. 1933-ban Vavilov azt tanácsolta PhD-hallgatójának, Pavel Cserenkovnak, hogy a kemény gamma-sugárzásnak kitett uranilsó-oldatok lumineszcenciáját tanulmányozza.
A lumineszecenciás kék fény nagyon gyenge volt. Cserenkovnak egy órát is a sötét laboratóriumban kellett ülnie ahhoz, hogy a szeme alkalmazkodjon a kis intenzitáshoz. Ráadásul nemcsak a sóoldat, hanem a tiszta kénsav esetében is megjelent a kék fény. Ez nagyon bosszantotta a fiatal kutatót, aki úgy gondolta, hogy a „háttér” zavarja az uranilsó lumineszcenciájának vizsgálatát. Annyira elege volt a kísérletekből, hogy másik kutatási témát akart választani. Vavilov azonban rábeszélte a folytatásra, és kérte, hogy jobban tisztítsa meg a savat. Amikor ez sem segített, Vavilov más tiszta oldószereket is megvizsgáltatott. Cserenkov 16 különböző oldószerrel végezte el a kísérletet, és azt találta, hogy a gamma-sugarak hatására mindegyik közel azonos intenzitású fényt bocsát ki.
A kísérletek elemzése után Vavilov levonta a következtetést: „Ez nem lumineszcencia, hanem új, eddig ismeretlen optikai jelenség.” Az akadémiai közlemények 1934-es kötetében két cikk jelent meg: az egyikben Cserenkov ismertette a kísérleti eredményeket, a másikat Vavilov írta, aki feltételezte, hogy az új jelenséget a gyors elektronok okozzák.
Ugyanebben az évben a tudományos akadémia Leningrádból Moszkvába költözött. Vavilov Fizikai Intézete Lazarov épületét kapta meg. A kis intézetből – a kormánytól kapott anyagi támogatással – Vavilov új, a korábbinál jóval nagyobb kutatóhelyet szervezett, amelyet Lebegyevről neveztek el. A felállítandó osztályok élére neves fizikusokat kért fel, és fiatal kutatókat is hívott a laboratóriumokba.
A nagy megpróbáltatásokat hozó 30-as években a Lebegyev intézetben mindenki a munkára koncentrált. Vavilov és Cserenkov folytatta a kísérleteket. Megállapították, hogy a sugárzás egy kis nyílásszögű kúpból érkezik, a beeső gamma-sugárzás irányának közeléből. A mágneses tér a sugárzást eltérítette, ami alátámasztotta, hogy a fény töltött részecskéktől származik. Vavilov folyamatosan megvitatta a kísérleti eredményeket az elméleti fizikusokkal; végül Ilja Frank és Igor Tamm értelmezte a jelenséget. 1946-ban Vavilov, Cserenkov, Frank és Tamm Sztálin-díjat kapott, 1958-ban – Vavilov halála után hét évvel – a másik három tudóst Nobel-díjjal tüntették ki. Nobel-előadásában Tamm elmondta, hogy a Szovjetunióban nem Cserenkov-sugárzásnak, hanem – Vavilov döntő szerepére emlékezve – Vavilov–Cserenkov-sugárzásnak nevezik a jelenséget. (Nálunk is használatos volt ez az elnevezés.)
Amikor a szovjet tudósok értesültek az atommaghasadás felfedezéséről, azonnal hozzáláttak a folyamat kísérleti és elméleti tanulmányozásához. Sokan – köztük Ioffe és Kapica – nem hittek az atomenergia hasznosításában, de Tamm állítólag ezt mondta 1939 augusztusában, Zeldovics egyik előadása után: „Tudjátok, mit jelent ez a felfedezés? Azt, hogy olyan bombát lehet építeni, amely egy 10 kilométer sugarú várost is lerombolhat.” A szovjet vezetés ekkor még azt hitte, hogy az atomfizika haszontalan tudomány. Vavilov azonban kitűnő tudósokat gyűjtött össze az intézet atomfizikai osztályára. Később, 1945-ben Tam PhD-hallgatója a lőszergyár egyik mérnöke, Andrej Szaharov lett.
A német csapatok 1941. június 22-én átlépték a szovjet határt. A fontos intézményeket az ország keleti felébe telepítették. Július végére a Lebegyev intézet Kazányba költözött, a leningrádi Optikai Intézetet Kazánytól 300 kilométernyire helyezték el. A hadügyi bizottság Vavilovot optikai tanácsadónak nevezte ki, és a kutatásokról mindkét intézetben katonai feladatok végrehajtására tértek át.
A szovjet kormány 1942-ben jóváhagyta az atombomba-kutatási programot és Igor Kurcsatovot bízta meg az irányításával. A háború után Vavilovnak részt kellett vennie az atomfegyverkezési programban. Az ő rábeszélésére hozott létre Tamm egy speciális csoportot, amelynek tagjai közé tartozott Vitalij Ginzburg és Szaharov is. A negyvenes évek végére a csoport jelentős eredményeket ért el a hidrogénbomba fizikai elveinek kidolgozásában, hamarosan át is költöztették őket a külvilágtól elzárt, titkos Arzamasz-16 nevű településre. 1953-ban sikeres kísérleti robantást hajtottak végre.
Vavilov 1945-ben a szovjet tudományos akadémia elnöke lett. Sok akadémikustársa javasolta erre a posztra páratlan műveltsége és rendkívüli vezetői képessége miatt. Mégsem vállalta el könnyen a magas állást: testvére, a Liszenkóval szemben álló, kiváló biológus a rendszer áldozata lett néhány évvel korábban. Egyik kortársa szerint Szergej Vavilov is áldozat volt. Azért fogadta el végül a tisztséget, hogy mentse, ami menthető. Ötéves akadémiai elnöksége alatt új műszerekkel látták el a laboratóriumokat, emelték a kutatók fizetését, tudományos és kulturális intézményeket hoztak létre – de mindezért kompromisszumokat kellett kötnie.
Vavilovot a tudománytörénet és az ismeretterjesztés is vonzotta. Népszerűsítő könyvet írt az optikáról, tudományos életrajzot – többek között – Galileiről, Huygensről, Faraday-ről, Newtonról, Lomonoszovról, Lebegyevről. Lefordította – és jegyzetekkel látta el – Newton Optikáját és Lucretius A természetről című munkáját.
1951-ben halt meg, két hónappal 60. születésnapja előtt.
A
CERN Courier 2004. novemberi száma nyomán
A Lebegyev Fizikai Intézet
Vavilov édesanyjával 1916-ban, szabadsága idején
Egy 1938-as felvétel: Dimitrij Szkobelcin,
Szergej Vavilov, Irčne Joliot-Curie, Abram Ioffe, Frédéric Joliot-Curie (a bal
felső sarokból, az óramutató járásával egyező irányban haladva)
Vavilov Lebegyev optikai berendezésével