Открытие, которое совершил в 1934 году молодой аспирант Павел Черенков, проложило новые пути для научных исследований в ядерной физике, изучении далёких звёзд и Вселенной, лечении онкологических заболеваний. Павел Алексеевич неустанно трудился на благо науки, при том что на его долю выпало множество испытаний...
Деревенское детство
Павел Черенков родился в селе Новая Чигла Воронежской губернии (ныне Таловский район) 28 июля 1904 года в крестьянской семье. Семья не бедствовала: отец Алексей Егорович был крепким хозяином, они с женой держали скотину, имели собственную продуктовую лавку.
Мать Павла умерла, когда ему было всего два года. Овдовев, Алексей Егорович, отец троих детей, через некоторое время женился во второй раз. На свет появились ещё две дочери. Павел — единственный мальчик в семье — с детства проявлял тягу к знаниям и чтению. Мачеха, считая, что образование детям ни к чему, даже прятала зимой его шапку, чтобы ребёнок не ходил в школу, а занимался домашним хозяйством. Но Павел убегал на занятия без шапки.
Во время Первой мировой войны Алексея Егоровича Черенкова призвали на фронт, вернулся в чине поручика. Сын Павел окончил церковно-приходскую школу, затем доучивался в школе-гимназии, переведённой в Новую Чиглу из Боброва. А в 1924 году поступил на физико-математическое отделение Воронежского государственного университета.
Знакомство с будущей женой
Как и многие студенты, Павел подрабатывал — не только частными уроками, приходилось и вагоны разгружать. После окончания вуза молодого физика направили в город Козлов (ныне Мичуринск Тамбовской области) — преподавать в местной школе. В 1930-м туда приехала работать филолог Мария Путинцева, дочь Алексея Михайловича Путинцева — воронежского литературоведа и краеведа, профессора ВГУ, основателя дома-музея им. И.С. Никитина.
Павел и Мария полюбили друг друга, летом вместе путешествовали по Крыму. Выпускник ВГУ Павел Черенков написал заявление о приёме в аспирантуру ленинградского физико-математического института Академии наук. И его приняли.
Павел переехал в Ленинград. А Мария осталась в Воронеже с матерью — в их семью пришла беда: в ноябре того же года арестовали по громкому «делу краеведов» отца Марии Алексея Путинцева (якобы краеведы ставили задачу свержения советской власти и установления монархического правления). Путинцева приговорили к 5 годам лагерей.
Ютились вчетвером в комнате общежития
После приговора Мария приехала к Павлу в Ленинград, и весной 1931 года они заключили брак. Молодой семье дали комнату в общежитии. Там жили Мария, Павел, его сестра Татьяна. Туда же, в эту комнату, вскоре приехала мама Марии.
В этом же 1931 году был арестован и отец Павла Черенкова Алексей Егорович — его «раскулачили» в Новой Чигле и отправили в ссылку, обвиняя в участии в кулацких сходках. Вернувшись из ссылки, он какое-то время трудился на строительстве московского метрополитена.
В 1932 году у Павла и Марии родился сын Алексей, через четыре года (уже в Москве) на свет появилась дочь Елена. Отца Марии Алексея Путинцева из лагеря освободили досрочно, в 1932 году. Но здоровье его было подорвано...
Тем временем Павел Черенков живёт с женой в Ленинграде, он сотрудник Физического института им. П.Н. Лебедева РАН. После того как институт разделили на Физический и Математический в 1934 году, Академия наук вместе с двумя институтами переехала в Москву. Молодой сотрудник Физического института академии наук (ФИАН) Павел Черенков вместе с женой и сыном также отправился в столицу. Семье выделили две комнаты в коммунальной квартире на 2-й Тверской-Ямской улице — по сравнению с комнатой в общежитии это были хоромы.
Сергей Вавилов
Павел Черенков с 1932 года работал под руководством знаменитого учёного, академика Сергея Вавилова, который предложил своему аспиранту для исследования тему люминесценции растворов ураниловых солей под действием гамма-лучей.
От «спиритизма» к важному открытию
В 1934 году 30-летний аспирант, 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.
Продолжая проводить множество экспериментов, меняя жидкости и их состав, Черенков и его научный руководитель Сергей Вавилов пришли к выводу, что неизвестный эффект не люминесценция, как считалось ранее, а нечто иное, имеющее совершенно другую природу, связанное с быстрыми электронами. Павел Черенков установил основное свойство этого свечения: направленность излучения, образование светового конуса, ось которого совпадает с траекторией движения частицы.
Кстати, в то время не все коллеги считали опыты Черенкова важными. А заметив, что Павел Алексеевич, перед тем как проводить исследования, подолгу сидит в темноте (чтобы адаптировалось зрение), некоторые и вовсе со скепсисом поговаривали, что он занимается «спиритизмом».
Тем не менее в этом же году были опубликованы первые сообщения об открытии. Одну статью, посвящённую новому излучению, опытам и их результатам, написал Павел Черенков, другую — его научный руководитель Сергей Вавилов, в ней он пытался дать теоретическое объяснение этого явления.
В 1935 году Павел Алексеевич защитил кандидатскую диссертацию и продолжал исследования фонового свечения.
В 1937 году советским физикам Игорю Тамму и Илье Франку удалось найти теоретическое обоснование явлению, которое открыл наш земляк. Излучение вызывают быстрые электроны, которые двигаются со сверхсветовой скоростью. Казалось бы, такого не может быть. Но в прозрачной жидкости скорость света меньше, чем в вакууме. Поэтому частицы в жидкости некоторое время могут двигаться быстрее, чем свет. Учёные пришли к выводу, что свечение в прозрачной среде вызывают заряженные частицы, движущиеся со скоростью, превышающей фазовую скорость распространения света в этой среде. При прохождении частицы со сверхсветовой скоростью возникает ударная волна, которая переносит в себе энергию электромагнитного излучения, в том числе и видимый свет.
Позже явление получило название «эффект Вавилова — Черенкова» (за рубежом это явление часто называют «черенковское излучение», «эффект Черенкова»).
Расстрел отца и Нобелевская премия
Шёл 37-й год. И в то время как Павел Черенков проводил важнейшие для всего мира исследования, семью Павла Алексеевича и его жены Марии ждали новые потрясения. В мае 1937 года в возрасте 57 лет умирает от инсульта отец Марии Алексей Михайлович Путинцев. А в конце этого же года вновь арестовывают отца Павла Черенкова — Алексея Егоровича. В 1938-м его судила «тройка НКВД», что в те годы означало расстрел...
Несмотря на столь тяжёлые потрясения, Павел Черенков нашёл в себе силы продолжать заниматься наукой. Сергей Вавилов и Павел Черенков после проведения ряда экспериментов согласились с теорией Тамма и Франка. В 1940-м Павел Алексеевич защитил докторскую диссертацию.
После начала войны Физический институт эвакуировали в Казань. Семья Черенковых прожила там до 1943 года, затем вернулась в Москву. В послевоенные годы теме ядерных исследований, над которыми работал Павел Черенков, придавалось особое значение.
В 1946 году Сергей Вавилов, Павел Черенков, Игорь Тамм и Илья Франк получили высшую государственную награду СССР — Сталинскую премию.
А в 1958 году Черенкову, Тамму и Франку в Стокгольме присудили Нобелевскую премию по физике «за открытие и объяснение эффекта Черенкова» (Сергей Вавилов к тому времени уже ушёл из жизни).
Всю свою жизнь Павел Алексеевич Черенков отдал науке. Основные его работы посвящены физической оптике, ядерной физике, физике частиц высоких энергий.
С 1948 года он профессор Московского энергетического института, с 1951-го — профессор Национального исследовательского ядерного университета МИФИ. Черенков создал и много лет возглавлял отдел физики высоких энергий в филиале ФИАН в Троицке.
Павел Черенков — дважды лауреат Сталинской премии (вторую Сталинскую премию он получил в 1951 году за участие в разработке и создании в Институте имени Лебедева синхротрона — особого типа ускорителя частиц), Герой Социалистического труда, Академик академии наук СССР, лауреат Государственной премии СССР, иностранный член Национальной академии наук США.
Последние 28 лет жизни Павел Черенков жил в Москве. Овдовев, очень тяжело переживал смерть супруги. Умер 6 января 1990 года в возрасте 85 лет, похоронен на Новодевичьем кладбище в Москве.
Именем Черенкова названы улицы в Воронеже в Железнодорожном районе и в городе Троицке. В главном корпусе ВГУ имеется мемориальная доска в честь учёного. Также мемориальная доска установлена в Мичуринске, где Павел Черенков преподавал в школе и где встретил свою будущую жену Марию Путинцеву. В 1994 году была выпущена почтовая марка в честь Нобелевского лауреата Павла Черенкова. С 1999 года РАН присуждает премию им. П.А. Черенкова за выдающиеся достижения в экспериментальной физике высоких энергий.
Огромное научное наследие
Ещё во время вручения Нобелевской премии Павлу Черенкову, Игорю Тамму и Илье Франку в 1958 году физик Манне Сигбан из Шведской королевской академии наук сказал: «Открытие явления, ныне известного как эффект Черенкова, представляет собой интересный пример того, как относительно простое физическое наблюдение при правильном подходе может привести к важным открытиям и проложить новые пути для дальнейших исследований».
И действительно, явление «эффект Черенкова» нашло множество применений и легло в основу работы детекторов быстрых заряженных частиц — черенковских счётчиков. Во всём мире счётчики используются для определения скорости частицы, её заряда и других характеристик. Благодаря черенковским счётчикам его имя стало едва ли не самым часто упоминаемым в исследованиях по ядерной физике и астрофизике.
Черенковские детекторы и гамма-телескопы установлены в разных странах. Так, в Японии с 1996 года работает огромный черенковский детектор диаметром примерно 40 метров и вместимостью 50 тысяч тонн воды. Благодаря ему учёные сделали важные открытия в области изучения загадочной трудноуловимой частицы нейтрино. Сейчас эти частицы изучаются в лабораториях по всему миру. Нейтрино несут важную информацию о расширении Вселенной, об астрономических процессах и удалённых звёздах и планетах.
Детекторы черенковского излучения также используются для мониторинга состояния охлаждающих систем ядерных реакторов.
Эффект Вавилова — Черенкова применяется в медицине при лечении рака. Это излучение возникает, когда при радиотерапии заряженные частицы движутся сквозь человеческое тело. Метод этот получил название «черенкоскопия», благодаря ему излучение можно направлять и дозировать с высокой точностью, чтобы разрушить опухоль, не затрагивая здоровых тканей.
Таким образом, излучение Вавилова — Черенкова в буквальном смысле пролило свет на новые открытия. А ещё благодаря черенковскому эффекту было опровергнуто утверждение о том, что на дне океана — кромешная тьма, так как свет с поверхности туда не доходит. Согласно гипотезе, основанной на открытии нашего земляка, свет в океанских глубинах есть. Вследствие распада радиоактивных элементов в толще воды, в частности калия-40, даже на больших глубинах вода слабо светится голубым цветом — это и есть черенковское излучение.
