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.

Биография

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 .

Научная деятельность

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 (англ.) ( , 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 в дозиметрии и использовался в Национальном бюро стандартов для расчёта параметров торможения частиц в различных средах .

В 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 .

Награды и членства

• Премия Рокфеллера за общественную деятельность ( Rockefeller Public Service Award , 1956)
• Золотая медаль Министерства торговли США ( , 1957)
• Премия Стрэттона Национального бюро стандартов ( Stratton Award , 1963)
• Премия Дэвиссона и Джермера ( , 1976)
• Премия Энрико Ферми (1995)
• Почётный доктор наук Университета Квинс в Белфасте (1978) и Университета Пьера и Марии Кюри в Париже (1979)
• Иностранный член Национальной академии деи Линчеи (1993) и Лондонского королевского общества (1995), член Американского физического общества (1940) и Американской академии искусств и наук (1976)

Публикации

Книги

• Fano U., Fano L. Basic physics of atoms and molecules. — NY: Wiley, 1959.
• Fano U., Irreducible tensorial sets. — NY: Academic Press, 1959.
• Фано У., Спенсер Л., Бергер М. Перенос гамма-излучения. — М. : Госатомиздат, 1963.
• Fano U., Fano L. Physics of atoms and molecules: An Introduction to the structure of matter. — Chicago: Chicago University Press, 1972. Перевод: У. Фано, Л. Фано. Физика атомов и молекул. — М. : Наука, 1980.
• Fano U., Rau A.R.P. Atomic collisions and spectra. — NY: Academic Press, 1986.
• Fano U., Rau A.R.P. Symmetries in quantum physics. — NY: Academic Press, 1996.

Основные статьи

• Fano U. // Nuovo Cimento. — 1935. — Vol. 12. — P. 154—161. — arXiv : .
• Demerec M., Fano U. // PNAS. — 1941. — Vol. 27. — P. 24—31.
• Fano U. // Phys. Rev. — 1947. — Vol. 72. — P. 26—29.
• Spencer L.V., Fano U. // Phys. Rev. — 1954. — Vol. 93. — P. 1172—1181.
• Fano U. // Rev. Mod. Phys. — 1957. — Vol. 29. — P. 74—93.
• Fano U. // Phys. Rev. — 1961. — Vol. 124. — P. 1866—1878.
• Fano U. // Phys. Rev. — 1963. — Vol. 131. — P. 259—268.
• Cooper J.W., Fano U., Prats F. // Phys. Rev. Lett. — 1963. — Vol. 10. — P. 518—521.
• Fano U., Lichten W. // Phys. Rev. Lett. — 1965. — Vol. 14. — P. 627—629.
• Fano U., Cooper J.W. // Phys. Rev. — 1965. — Vol. 137. — P. A1364—A1379.
• Fano U., Cooper J.W. // Rev. Mod. Phys. — 1968. — Vol. 40. — P. 441—507. Перевод: У. Фано, Дж. Купер. Спектральные распределения сил осцилляторов в атомах. — М. : Наука, 1972.
• Fano U. // Phys. Rev. — 1969. — Vol. 178. — P. 131—136.
• Fano U. // Phys. Rev. A. — 1970. — Vol. 2. — P. 353—365.
• Chang E.S., Fano U. // Phys. Rev. A. — 1972. — Vol. 6. — P. 173—185.
• Fano U., Dill D. // Phys. Rev. A. — 1972. — Vol. 6. — P. 185—192.
• Fano U., Macek J.H. // Rev. Mod. Phys. — 1973. — Vol. 45. — P. 553—573.
• Greene C., Fano U., Strinati G. // Phys. Rev. A. — 1979. — Vol. 19. — P. 1485—1509.
• Fano U. // Rep. Prog. Phys. — 1983. — Vol. 46. — P. 97—165.

Примечания

Литература

• Храмов Ю. А. Фано Уго (Fano Ugo) // Физики : Биографический справочник / Под ред. А. И. Ахиезера . — Изд. 2-е, испр. и доп. — М. : Наука , 1983. — С. 271. — 400 с. — 200 000 экз.
• Rau A.R.P. // Physics Essays. — 2000. — Vol. 13. — P. 158—175.
• Fano U. // Physics Essays. — 2000. — Vol. 13. — P. 176—197.
• Clark C.W. // Nature . — 2001. — Vol. 410. — P. 164.
• Berry R.S., Inokuti M. // Physics Today . — 2001. — Vol. 54 (9). — P. 73—74.
• Bianconi A. // AIP Conference Proceedings. — 2003. — Vol. 652. — P. 13—18. — arXiv : .
• Inokuti M., Rau A.R.P. // Physica Scripta. — 2003. — Vol. 68. — P. C96—103.
• Vittorini-Orgeas A., Bianconi A. // Journal of Superconductivity and Novel Magnetism. — 2009. — Vol. 22. — P. 215—221. — arXiv : .
• Berry R.S., Inokuti M., Rau A.R.P. // Biographical Memoirs of the National Academy of Sciences. — 2009. — P. 1—22.
• Berry R.S., Inokuti M., Rau A.R.P. // Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society. — 2012. — Vol. 58. — P. 55—66.