Эффект Мессбауэра очень скоро нашел широкое применение. С его помощью можно было измерять невероятно малые изменения энергии гамма-квантов. Чувствительность этого метода намного превосходила все достигнутое к настоящему времени в любых областях физики.
— Все это очень интересно, но какое отношение имеет эффект Мессбауэра к вопросу об использовании ядер-изомеров?
— Самое прямое. Без открытия этого эффекта нельзя было и мечтать о создании ядерного лазера.
— Лазера? Неужели можно управлять возбужденными ядрами?
— Физики надеются получить пучок ядерных фотонов с помощью гамма-резонанса без отдачи.
Французский ученый А. Пуанкаре писал, что «всякой истине суждено одно мгновение торжества между бесконечностью, когда ее считают неверной, и бесконечностью, когда ее считают тривиальной». Но теории, созданные одним из крупнейших ученых XX века А. Эйнштейном, как-то выпадают из того длинного ряда гипотез, довольно быстро переживших свое мгновение торжества.
Интересный результат, полученный А. Эйнштейном в то время, когда он занимался проблемой излучения и поглощения фотонов, лишь 60 лет спустя был реализован в одном из самых замечательных приборов наших дней — в лазере.
Возбужденные атомы обычно испускают кванты света столь же несогласованно, как несогласованно звучат инструменты, настраиваемые музыкантами перед концертом. Но когда маэстро взмахивает палочкой, рождается мелодия, возникающая в результате упорядоченного звучания всего оркестра.
Оркестром возбужденных атомов, как предсказывала теория, можно управлять с помощью электромагнитного излучения той же частоты, что и свет, который испускают возвращающиеся в нормальное состояние атомы. Множество заранее подготовленных возбужденных атомов, подчиняясь приказу о немедленном возвращении в основное состояние, все разом отдают свой избыток энергии.
Замечательный английский физик М. Фарадей, размышляя о драгоценных камнях — рубинах и бриллиантах, писал: «Ни один из этих драгоценных камней не может соперничать по своей яркости и красоте с очарованием пламени». Луч красного цвета из рубинового лазера не уступает по красоте и очарованию пламени, а по «качеству» света оставляет его далеко позади. Все атомы лазера работают самосогласованно, как один.
Если б можно было наблюдать за каждым из лазерных атомов, мы бы увидели, что их колебания синхронизованы по фазе. Поэтому излучение всех атомов сливается как бы в единую волну. Такой свет называется когерентным.
В самом начале нашего века о ядрах еще ничего не было известно, и А. Эйнштейн в своих рассуждениях имел в виду только атомы. Но выводы его теории целиком и полностью применимы к излучению и поглощению ядерных гамма-квантов. То есть фотонов с энергией, в миллионы раз большей.
В гамма-лазере, или газере, как сокращенно называют его физики, должны работать возбужденные заранее атомные ядра, выдавая управляемое электромагнитное излучение точно такого же высшего качества, как и в оптическом лазере.
Чудесный лазерный свет произвел переворот уже во многих отраслях науки и техники. Еще большую революцию, например в биологии, произведет когерентное электромагнитное излучение газера с длиной волны, меньшей размера атома. Чтобы проникнуть в тайны живого, ученым необходимо иметь возможность рассмотреть детали строения молекул белков, генов. С помощью лазерных гамма-квантов можно будет изучать в живых тканях даже движение отдельных макромолекул.
Синхронное излучение возбужденных ядер позволит получить не только объемную картину молекулы ДНК в клетке, но и снять объемный кинофильм о процессе удвоения ДНК, о синтезе белков в рибосомах. Газер может дать очень короткий импульс излучения до 10–15 секунды. Поэтому при освещении газерным светом в каждом кадре этого уникального фильма можно будет увидеть «замороженные» во времени тепловые колебания молекул. Почему же до сих пор не создан ядерный гамма-лазер?
Создание газера — дело необычайной сложности. Оно потребует участия в нем многих лабораторий и институтов, предельных усилий ума и использования новейших достижений техники.
Говорят, что прибор, эксперимент и физическая проблема, которую он решает, — хлеб, любовь и фантазия физика-экспериментатора. И если фантазируют чаще всего теоретики, а их претензии к любви все возрастают, то хлеб навсегда и безвозмездно принадлежит экспериментаторам. Сейчас ученые широко обсуждают главную проблему, которую необходимо решить, прежде чем приступать непосредственно к сборке сложнейшей установки. Пока нет четкого мнения о том, как собрать в рабочем веществе газера достаточно большое количество возбужденных атомных ядер.