Мессан, Фано
- 1 year ago
- 0
- 0
У́го Фа́но ( итал. Ugo Fano ; 28 июля 1912 , Турин — 13 февраля 2001 , Чикаго ) — американский физик -теоретик итальянского происхождения, член Национальной академии наук США (1976). Научные работы Фано посвящены атомной и ядерной физике , спектроскопии , радиационной биологии и генетике . Ему принадлежит ряд крупных достижений в области теории взаимодействия электромагнитного излучения и заряженных частиц с веществом, с его именем связано возникновение таких понятий, как резонанс Фано , эффект Фано, механизм Фано — Лихтена, фактор Фано.
Уго Фано родился в Турине в богатой еврейской семье. Он был назван в честь деда, который сражался на войне за объединение Италии в армии Джузеппе Гарибальди . Отец, Джино Фано , был профессором геометрии Туринского университета . Мать, Роза Кассин ( Rosa Cassin ), происходила из семьи инженеров и была талантливой художницей и музыкантом. Брат Уго, Роберт Фано , впоследствии также стал известным учёным, специалистом в области теории информации . Уго был болезненным ребёнком и первые три класса учился дома. В двенадцатилетнем возрасте он увлёкся ездой на велосипеде , что позволило ему укрепить здоровье. Позже он активно занимался туризмом и альпинизмом , много времени проводил в горах вблизи виллы ( Villa Fano ), купленной дедом много лет назад в окрестностях Вероны . С четвёртого класса Уго учился в школе, где многие преподаватели были священниками. Семейная обстановка способствовала интересу к науке и технике; например, в 12 лет он узнал от отца о боровской модели атома . Среди школьных друзей Уго был Сальвадор Лурия , будущий знаменитый микробиолог и нобелевский лауреат .
Когда Фано учился в Туринском университете, его старший кузен убедил его заняться физикой и познакомил с Энрико Персико , под руководством которого в 1934 году Уго защитил докторскую диссертацию по математике. После этого Персико устроил его на работу в группу Энрико Ферми , и Фано переехал в Рим , где его непосредственным наставником стал Эдоардо Амальди . В следующем году Фано посетил Гёттинген и Копенгаген, где познакомился с такими крупными учёными, как Нильс Бор , Арнольд Зоммерфельд , Эдвард Теллер и Георгий Гамов . В 1936 году молодой физик отправился на два года в Лейпцигский университет , где работал под руководством Вернера Гейзенберга над некоторыми вопросами теории атомного ядра. По возвращении он некоторое время трудился в Риме преподавателем, однако активизировавшиеся в Италии гонения против евреев вынудили Уго и его невесту Камиллу (Лиллу) Латтес ( Lilla Lattes ) принять решение об эмиграции. В феврале 1939 года они спешно приняли крещение и были обвенчаны католическим священником, после чего Лилла отправилась в Аргентину , тогда как Уго сначала заехал в Париж , а затем присоединился к ней. Там они смогли получить американские визы и в июне 1939 года прибыли в Нью-Йорк .
В США Фано поначалу работал в Вашингтонском институте биофизики, а вскоре переехал в лабораторию Института Карнеги , расположенную в Колд-Спринг-Харбор . Уго вошёл в группу Милислава Демереца и занимался в основном радиобиологией . Его интерес к вопросам биофизики и генетики восходил к семинару Паскуаля Йордана , прошедшему в Риме в 1938 году. Фано также много общался с Максом Дельбрюком и, в частности, познакомил того с Сальвадором Лурией (они впоследствии разделили Нобелевскую премию) . Вступление Соединенных Штатов во Вторую мировую войну внесло новые изменения в жизнь учёного. Поскольку его жена была беременна, он был освобождён от призыва, однако затем перешёл на работу в Баллистическую лабораторию, расположенную на Абердинском испытательном полигоне в штате Мэриленд . Здесь Фано занимался проблемами эффективности вооружений и составлял инструкции для ВВС по выбору лучшего оружия для конкретных целей. Вскоре жена с новорожденной дочерью Мэри присоединилась к нему в Абердине . В 1945 году учёный получил американское гражданство .
После окончания войны Фано на год покинул Колд-Спринг-Харбор, чтобы поработать в Колумбийском университете над физическими основами биологических эффектов радиации, однако в процессе работы глубоко заинтересовался природой самих элементарных процессов, протекающих при воздействии излучения на атомы и молекулы. В 1946 году он принял предложение перейти в Национальное бюро стандартов в Вашингтоне, где продолжал работать до 1966 года. Через несколько месяцев после переезда у него родилась вторая дочь, Вирджиния. В 1948 году Фано и его жена впервые вернулись в Италию, впоследствии они регулярно посещали на родину. В 1950-е годы вышло две книги его авторства: первая, написанная совместно с женой Лиллой, также физиком по образованию и учителем по профессии, была посвящена педагогически правильному изложению основ атомной физики; в другой, написанной с Джулио Рака, излагалась теория групп для углового момента и методы её использования в физике атомных и ядерных столкновений. Эта монография стала, в свою очередь, основой для книги, вышедшей в 1996 году за авторством Фано и его ученика Рави Рау ( Ravi Rau ) и посвящённой симметрии в квантовой физике .
В 1966 году было принято решение о переводе Национального бюро стандартов в Гейтерсберг (штат Мэриленд) , однако Фано не пожелал туда переезжать и принял приглашение Чикагского университета , где работал до 2000 года. В 1972—1974 годах он возглавлял физический факультет, а в 1982 году получил звание почётного профессора ( Professor Emeritus ). В университете он руководил большим числом студентов и аспирантов, со многими из которых продолжал сотрудничество и после их перехода в другие организации. Фано активно занимался общественной деятельностью: работал консультантом и , привлекал внимание научного сообщества к радиационной биологии, необходимости строительства источников синхротронного излучения и повышения качества научной коммуникации. В 1990—1995 годах он выполнял обязанности помощника редактора журнала Reviews of Modern Physics . Уго Фано скончался в Чикаго в результате осложнений, связанных с болезнью Альцгеймера .
Первая важная работа Фано, выполненная под руководством Ферми в 1935 году, касалась интерпретации формы некоторых спектральных линий благородных газов , наблюдавшихся в спектральном континууме Гансом Бойтлером ( Hans Beutler ) и называемых сейчас линиями Бойтлера — Фано (похожие идеи ещё в 1931 году высказывал Этторе Майорана , который рассмотрел процесс безызлучательного распада двухэлектронного возбуждения, приводящий к ионизации атома ). В 1961 году Фано вернулся к общей проблеме формы линий, соответствующих возбуждению высокоэнергетических состояний, и ввёл параметр асимметрии линии. Эта идея была использована им два года спустя для объяснения странных спектральных линий гелия, наблюдавшихся при его облучении синхротронным излучением, за счёт возбуждения сразу двух электронов в квазидискретные состояния, лежащие в континууме. Идея асимметричного резонанса Фано , возникающего за счёт интерференции континуума и дискретного состояния, оказалась чрезвычайно плодотворной не только в атомной физике, но и в физике конденсированного состояния , физике квантовых точек , оптике ; аналогичное явление «резонанса формы» ( ) известно в ядерной физике .
Изучение дважды возбуждённых состояний привело Фано к идее коллективных квантовых чисел и координат (например, гиперсферических ), которые оказываются более адекватными для описания систем скоррелированных частиц, чем координаты и квантовые числа отдельных электронов. Развитие этого подхода оказалось очень своевременным, поскольку именно в 1960-е годы стала активно исследоваться наименее изученная область между ближним ультрафиолетом и рентгеновскими частотами, куда попадают спектры многократно возбуждённых атомов и молекул, а процессы одновременного возбуждения нескольких электронов дают качественно иную картину, нежели возбуждение лишь одного электрона . Позже эта методика применялась Фано и его сотрудниками к анализу воздействия электрического и магнитного полей на сильно возбуждённые ридберговские состояния атомов .
В 1947 году Фано ввёл показатель, известный как дозиметрии и использовался в Национальном бюро стандартов для расчёта параметров торможения частиц в различных средах .
, определяющий отклонения от средней эффективности ионизации, которая вызывается в среде излучением, а в 1954 году совместно с Л. Спенсером ( L. Spencer ) проанализировал энергетический спектр при замедлении быстрых электронов в среде. Он также установил теорему Фано о том, что поток вторичных частиц не зависит от вариаций плотности в объёме, заполненном первичным излучением. Этот факт играет важную роль вВ 1957 году Фано внёс значительный вклад в популяризацию концепции матриц плотности и операторных представлений ( уравнение Лиувилля ) в атомной и молекулярной физике, продемонстрировав мощь этих подходов . В 1965 году совместно с У. Лихтеном ( W. Lichten ) он дал объяснение процессам перехода кинетической энергии сталкивающихся атомов в энергию возбуждения электронов (механизм Фано — Лихтена). Этот механизм имеет большое значение для теории химических превращений . В 1969 году Фано предсказал спиновую поляризацию электронов, испускаемых атомами под действием света с круговой поляризацией . Это явление, получившее название эффекта Фано, используется при исследовании структуры различных материалов с помощью поляризованных электронов . Среди тех направлений, которыми Фано с учениками занимался во время работы в Чикаго, выделяются теория квантового дефекта , ставшая в результате их деятельности мощным подходом к анализу сложных спектров, и теория углового распределения электронов, рассеиваемых на различных объектах .
Работая в группе Демереца, Фано изучал воздействие рентгеновского излучения на яйца мух- дрозофил . Под влиянием работ Дельбрюка с бактериофагами , он также занялся этой темой, итогом чего стало открытие устойчивых к вирусам мутантов кишечной палочки . Опыт работы в области радиобиологии привёл Фано к осознанию недостаточности чисто статистической теории мишеней ( target theory ) для описания воздействия радиации на биологические объекты и необходимости заняться детальным изучением атомно-молекулярных процессов, происходящих при попадании энергичной заряженной частицы в среду. Среди результатов, полученных учёным в этом направлении, выяснение причин, по которым некоторые вещества способны увеличивать или уменьшать радиационные повреждения, и определение времени, необходимого клетке для восстановления после повреждения .