Свет, рожденный в глубинах: от открытия Павла Черенкова к будущему Брянщины

Вот уже несколько лет в Брянске работает новейшее диагностическое оборудование ядерной медицины - позитронно-эмиссионный томограф (ПЭТ). Его способность заглянуть в самые потаенные уголки человеческого тела и увидеть болезнь на молекулярном уровне кажется чудом. Но оно родилось не на пустом месте, а стало прямым воплощением в жизнь идей и открытий, к которым причастен наш великий соотечественник, нобелевский лауреат Павел Алексеевич Черенков.

Кто такой Павел Черенков?

Звезда мировой науки происходил из крестьян. Он родился 28 июля 1904 года в селе Новая Чигла, что ныне относится к территории Воронежской области. Мальчик тянулся к знаниям, но его мачеха считала, что образование – это ненужная блажь и всячески противилась учебе Павла. Однако, чем строже был запрет, тем лучше учился ее пасынок. В 1924 году Черенкову удалось поступить на физико-математическое отделение Воронежского государственного университета.

Отработав несколько лет учителем, Павел Алексеевич поступил в аспирантуру Физико-математического института АН СССР в Ленинграде, где защитил кандидатскую и докторскую диссертации. Еще будучи аспирантом, Черенков, изучая люминесценцию прозрачных жидкостей под действием гамма-лучей, обнаружил неизвестное голубое свечение. Его невозможно было «погасить» нагреванием жидкости или при помощи примесей. Да и от химического состава среды яркость свечения не зависела.

Проделав множество опытов, ученый пришел к выводу что наблюдаемый им эффект не люминесценция, а нечто иное… Но что?

Оказывается, излучение вызывали электроны, которые двигались со сверхсветовой скоростью. Как такое может быть? Это придумают фантасты, да и то только после войны.

Но экспериментируя вновь и вновь ученые выяснили, что в прозрачной жидкости скорость света меньше, чем в вакууме. Поэтому частицы там действительно могут двигаться быстрее, чем свет. Явление получило название «черенковское излучение» или «эффект Черенкова». Объяснить его смогли советские физики Илья Михайлович Франк и Игорь Евгеньевич Тамм. Нобелевскую премию «за открытие и истолкование эффекта Черенкова» в итоге они тоже разделили на троих.

Илья Михайлович Франк родился 23 октября 1908 года в Санкт-Петербурге в семье математика. После окончания физико-математического факультета Московского государственного университета, первоначально его основной специализацией была оптическая физика, однако его учитель Сергей Вавилов (он же был научным руководителем Черенкова) в 1933 году предложил способному к глубокому научному анализу сотруднику перейти в ядерную физику.

Игорь Евгеньевич Тамм был самым старшим. Он появился на свет 8 июля 1895 года во Владивостоке в семье инженера. Московский университет окончил в 1918 году с дипломом по физике. После кратковременного увлечения политикой начал академическую карьеру. Основные направления научного творчества Тамма относятся к квантовой механике, физике твёрдого тела, теории излучения, ядерной физике, физике элементарных частиц, а также к решению ряда прикладных задач.

Скорость света в вакууме – это абсолютная величина скорости распространения электромагнитных волн, в точности равная 299 792 458 м/с. Она относится к фундаментальным физическим постоянным, которые характеризуют не просто отдельные тела или поля, а свойства пространства-времени в целом.

Даже нам сложно поверить в возможности сверхсветового движения, что уж говорить о людях живших в середине ХХ века.

«Оптика источников света, движущихся в преломляющих средах», - так называлась Нобелевская лекция по физике, которую в 1958 году прочитал Илья Франк. В своем выступлении ученый подчеркнул, что эффект Черенкова - это частный, хотя и очень интересный пример. «В этой области явлений имеется широкий круг вопросов, связанных с излучением источников света, движущихся в преломляющих средах», - обратил внимание слушателей Илья Михайлович. Ученый оказался прав. И хоть нам пока не дано перемещаться со сверхсветовой скоростью, эффект Черенкова до сих пор используется в науке и медицине. Также открытие привело к созданию нового метода измерения скорости высокоэнергетических ядерных частиц, который имеет огромное значение в современной экспериментальной ядерной физике. 

От частиц — к диагностике: как работает ПЭТ? 

А теперь перенесемся в ПЭТ-сканер в Брянске. Пациенту вводят радиофармпрепарат — вещество, которое накапливается в активных клетках (например, раковых). Это вещество испускает позитроны (античастицы электронов). Каждый позитрон почти мгновенно сталкивается с электроном в тканях тела. Происходит процесс аннигиляции, и рождаются два фотона (частицы света), которые разлетаются в противоположных направлениях.

 Ключевое звено: Детекторы, рожденные открытием Черенкова

Эти самые фотоны и должны быть уловлены сверхчувствительными детекторами томографа. И здесь на сцену выходит наследие Черенкова. Современные ПЭТ-сканеры используют детекторы, созданные на основе физических принципов, открытых и изученных благодаря его работе. Методы регистрации частиц по их излучению, которые оттачивались в том числе и при изучении эффекта Черенкова, легли в основу технологий, позволяющих точно улавливать сигнал от распада радиофармпрепарата. 

Таким образом, проводя диагностику на современнейшем ПЭТ-сканере в Брянске, мы незримо обращаемся к наследию Павла Черенкова. Его открытие, рожденное в чистой научной любознательности, сегодня спасает жизни. Фундаментальная наука, которую часто считают оторванной от реальности, подарила нам технологию, позволяющую ставить точные диагнозы и побеждать болезни.

Это прекрасная метафора и для самого региона: Брянская область, принимая такие технологии, становится частью большого научного прорыва. Она не просто использует плоды мировой науки, а чтит память отечественных гениев, чьи идеи продолжают светить — уже не в лабораториях, а в больницах, даря людям здоровье и надежду. 

Подобно тому, как для проявления эффекта Черенкова нужна особая среда, для раскрытия научно-технического потенциала региона необходима благоприятная почва. Брянская область, с ее промышленными предприятиями и образовательными учреждениями, может стать такой «средой» для прорывных идей.

Наследие Черенкова — это призыв к действию, напоминание о том, что прорыв к свету знаний и развития всегда требует смелости, упорства и готовности создавать для него подходящие условия.

Проект «Нобелевские лауреаты» выполняется при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках Десятилетия науки и технологий, объявленного Указом Президента Российской Федерации от 25 апреля 2022 г. № 231.