Джон Шиффер (1930–2022): яскравий шлях в ядерній фізиці
- Ігор Сальниченко
- 23 лют.
- Читати 7 хв
У червні 2022 року у віці 91 року пішов із життя Джон Шиффер, видатний експериментальний фізик-ядерник, що понад пів століття визначав напрями розвитку ядерної фізики [1]. Протягом своєї блискучої кар’єри він отримав низку престижних відзнак, серед яких Премія Боннера (Bonner Prize) 1976 року за «вагомий внесок у дослідження ядерної структури» та за «незвичайний вплив на підтримання високих стандартів точності та ясності» [1]. Також Шиффер був членом (Fellow) Американського фізичного товариства (APS) та Національної академії наук США, а ще він редагував наукові публікації у Reviews of Modern Physics.
Ранні роки та родина
Джон Пол Шиффер народився 22 листопада 1930 року в Будапешті (Угорщина) у родині лікарів Ерньо та Елізабет Шиффер. Незважаючи на успішну медичну практику батьків, яка могла б гарантувати їм відносний добробут, родина зіткнулася з важкими випробуваннями під час нацистської окупації. Через єврейське походження їхньому життю загрожувала смертельна небезпека, але їм вдалося вижити завдяки підтримці шведського дипломата Рауля Валленберга (1912–?), що врятував тисячі угорських євреїв у роки Голокосту [3].
Після закінчення війни ситуація в Угорщині залишалася складною, і родина Шифферів ухвалила рішення про еміграцію. У 1947 році вони перебралися до США, де Джон, якому тоді було 17, відразу вступив до Оберлінського коледжу. Сувора виховна традиція та сімейний культ освіти далися взнаки: він блискуче закінчив коледж усього за три роки, незважаючи на мовний бар’єр та культурний шок після переїзду в іншу країну.
Навчання в Єльському університеті стало наступним кроком у житті Джона Шиффера. Саме тут він уперше відкрив для себе ядерну фізику як окремий науковий напрям та зрозумів, що експерименти з ядром атома здатні розкрити фундаментальні аспекти будови матерії. Цікавим фактом є те, що однією з його перших «робіт» в університеті було фарбувати циклотрон у блакитний колір, що свідчить не лише про його готовність братися за будь-яку справу, а й про стан лабораторної інфраструктури тих часів [1; 3].
На відміну від багатьох ровесників, Джон не боявся експериментувати в нових сферах науки та прагнув здобути якомога ширший досвід. Тверда підтримка родини — особливо з огляду на важкі воєнні роки — стала для нього надійним тилом і стимулом до наукових пошуків. Батьки, які самі були лікарями, прищепили йому повагу до людського життя та вміння мислити системно, базуючись на фактах і ретельних спостереженнях. Саме ці риси у майбутньому стали візитівкою видатного експериментатора в ядерній фізиці.
Перші важливі відкриття
По завершенню навчання Джон Шиффер продовжив кар’єру в (на той час) Університеті Райса в Х’юстоні, де мав нагоду долучитися до експериментальних досліджень з ядерної фізики. Саме тут він розпочав роботу над проектами, що стосувалися ядерної спектроскопії та тонкої структури енергетичних рівнів у ядрах.
У 1959 році Шиффер зіткнувся з явищем, яке з часом стало його справжнім «пропуском» до кола провідних фізиків-ядерників. Він виявив, що один із ізотопів заліза демонструє надзвичайно сильний ефект Мессбауера – явище, при якому відбувається безвіддачне поглинання та переопромінення високоенергетичних фотонів [2]. Хоча сам ефект Мессбауера вперше відкрив Рудольф Мессбауер у 1958 році, на той момент він сприймався як лабораторна цікавинка, що не мала очевидної прикладної цінності. Шифферу вдалося провести експерименти, які показали, що у випадку з ізотопом Fe-57 цей ефект може бути досить потужним і відтворюваним, що дозволяло застосовувати його для прецизійних вимірювань у ядерній фізиці.
Завдяки Шифферові ефект Мессбауера із «курйозу» став справжнім «лабораторним інструментом». Тепер фізики отримали дієвий метод вивчення не лише внутрішньої структури ядра, а й твердих тіл, хімічних зв’язків та магнітних властивостей матеріалів. Надточна резонансна абсорбція гамма-квантів у зразках із Fe-57 почала широко застосовуватися у подальших експериментах, зокрема, у дослідженнях гіперфінних взаємодій, внутрішньомолекулярних процесів, а також для уточнення ефектів загальної та спеціальної теорії відносності в гравітаційному полі Землі.
Сам Шиффер неодноразово підкреслював, що «успіх у науці великою мірою залежить від здатності розпізнати важливий ефект і розвинути його потенціал». Його здатність помічати перспективні напрями досліджень і перетворювати їх на повноцінні експериментальні методи стала одним із найголовніших чинників, що згодом визначив масштабний вплив ученого на ядерну фізику загалом. Саме тому відкриття сильного ефекту Мессбауера та його впровадження в наукову практику часто вважають одним із перших великих успіхів Шиффера і вагомим поштовхом до подальших проривів у ядерній спектроскопії.
Джон Шиффер та дослідження ядерної структури
На початку 1960-х років Джон Шиффер перейшов до роботи в Аргонській національній лабораторії (Argonne National Laboratory), одній із провідних науково-дослідних установ США, а невдовзі отримав посаду професора в Університеті Чикаго. Саме в цей період він активно продовжив вивчення ядерної структури, особливо зосередившись на одночастинкових станах нуклонів. Такі стани виникають, коли протон чи нейтрон«перескакує» в іншу ядерну оболонку, змінюючи при цьому власну енергію та впливаючи на поведінку всього ядра.
Основним «знаряддям» Шифферових досліджень залишалися трансферні реакції: коли на ядро-«мішень» спрямовували проєктил (наприклад, ядро легкої хімічної елементарної частинки), що спричиняло обмін нуклонами між проєктилом і цільовим ядром [2]. Завдяки таким реакціям можна було «спостерігати» за тим, як розподілені протони та нейтрони в ядрах, як формуються різні оболонкові стани та які чинники впливають на стабільність певних ізотопів.
Важливим аспектом успіху Шиффера було його надзвичайно ретельне ставлення до експериментальних даних. За свідченням колег, «для нього дані були святинею». Він міг годинами аналізувати результати, розподіляючи їх на графіках у найрізноманітніших масштабах та за різними параметрами, аби виявити приховані закономірності. Завдяки цій педантичності йому вдавалося помічати тонкощі, які могли пройти повз увагу інших дослідників [2].
Такі, на перший погляд, «дрібні деталі» у поведінці частинок часто виявлялися ключем до розуміння складних процесів усередині ядра. Саме тому роботи Шиффера та його колег неодноразово цитувалися у подальших дослідженнях ядерної структури, а його методологічний підхід вважався зразковим. Постійно переглядаючи вихідні дані та всі можливі комбінації каналів розсіяння чи реакцій, він усував неточності та зміцнював основу сучасної ядерної фізики своїми високими стандартами експериментальної практики.
Критичний аналіз і спростування «сенсацій»
Серед численних талантів Джона Шиффера особливою рисою виділялася готовність перевіряти сумнівні або надто «сенсаційні» заяви колег. Інколи у фізиці з’являлися повідомлення, що викликали бурхливі обговорення чи навіть суперечки: наприклад, відкриття так званих «дробових зарядів» на ніобієвих сферах або «аномально енергетичних» нейтрино. Замість того, щоб беззастережно прийняти чи відкинути такі заяви, Шиффер зазвичай брався за ретельне експериментальне підтвердження.
Він організовував самостійні вимірювання, відтворював експерименти та вдавався до різноманітних методів аналізу даних, аби з’ясувати справжню природу явища. Нерідко з’ясовувалося, що «сенсації» базувалися на неправильній чи перебільшеній інтерпретації результатів. У більшості випадків Шиффер та його колеги з Аргонської національної лабораторії чітко доводили відсутність ефекту, на який претендували інші автори [2].
Завдяки його скрупульозності та неупередженому підходу наукова спільнота довіряла висновкам групи Шиффера. Якщо в їхніх публікаціях експеримент не підтверджував якусь гіпотезу, суперечки зазвичай стихали, а «надто неймовірні» заяви відходили на другий план. Цей стиль роботи — постійне прагнення до достовірності й перевіряння навіть найменших нюансів — став одним із чинників, що забезпечили Шифферові видатний авторитет. Він демонстрував, що справжня наука ґрунтується на надійних експериментах, логічній інтерпретації та готовності визнати помилку, якщо факти не підтверджуються даними.
Родина та підтримка жінок у науці
У 1960 році Джон Шиффер одружився з Маріанною Цук, яка, як і він, походила з Угорщини. На той час вона займалася рентгенівською кристалографією, працюючи над власною дисертацією. Саме у цей період у подружжя з’явилася перша дитина – донька Селія, а ще за три роки народився син Пітер [3].
Попри те, що в 1960-х роках чимало жінок стикалися з тиском «залишити наукову кар’єру» на користь родинного життя, Шиффер цілком підтримував наукові прагнення дружини. Він згодом зазначав: «Я завжди вважав самоочевидним, що вона має будувати власну кар’єру», демонструючи цим глибоку повагу до жіночої ролі у науковому просторі. Такий підхід був нетиповим для тогочасного суспільства, але саме завдяки йому Маріанна не полишила дослідження й успішно завершила свою роботу в галузі кристалографії.
Таким чином, родина Шифферів стала прикладом того, як попри тиск усталених стереотипів можна поєднувати наукову діяльність і сімейне життя. Прагнення Джона Шиффера залучати жінок до наукових досліджень і його активна підтримка дружини не лише сприяли її особистому професійному зростанню, а й загалом стимулювали колег та учнів переосмислити упередження щодо ролі жінок у науці.
Організаційний внесок і пошуки у фундаментальній фізиці
Протягом понад 50 років діяльності в галузі ядерної фізики Джон Шиффер не лише проводив унікальні експерименти, а й суттєво впливав на стратегію розвитку всієї дисципліни. Він брав участь у розробленні довгострокових планів, допомагав визначати пріоритетні напрямки досліджень та закликав до проведення сміливих експериментів — таких, що здатні змінити наше розуміння будови матерії [1; 2].
Одним із найяскравіших прикладів його наукової наполегливості стала розробка нової методики аналізу безнейтринного подвійного β-розпаду, яку він створив разом із колегою у віці 78 років [1; 2]. Ця методика дає змогу точніше порівнювати ключові параметри процесу розпаду двох різних ядер, що наближає фізиків до відповіді на одне з фундаментальних питань: чи є нейтрино власною античастинкою? Якщо так, це може докорінно змінити сучасні уявлення про асиметрію матерії й антиматерії у Всесвіті.
Примітно, що Джон Шиффер оприлюднював нові результати своїх експериментів та аналітичних розробок майже до останніх місяців життя. Його невпинне прагнення до пошуку істини й високі стандарти організації наукової роботи стали орієнтиром для кількох поколінь молодих учених і сприяли подальшому розвитку ядерної фізики.
Наставництво молодих учених
Колеги згадують, що Шиффер залишав молодшим науковцям записки й електронні листи з позначкою «see me» ледь не щодня [3]. Така увага спочатку здавалася надмірною, проте свідчила про щире бажання допомогти. Він вимагав структурованого підходу до досліджень: усе мало бути сплановане «по годинах» і аргументовано. Його син, Пітер Шиффер, відомий фізик конденсованих середовищ, згадує вдячність батькові в одній зі своїх ранніх наукових робіт — доказ того, наскільки Джон підтримував молодих учених [3].
Любов до природи та особисті цінності
За межами лабораторії Джон Шиффер знаходив духовне піднесення у природних ландшафтах. Він регулярно відвідував Арборетум Мортон (Morton Arboretum), розташований поблизу Чикаго, де спостерігав за різноманіттям дерев і квітучих рослин. Особливо полюбляв літні подорожі до Скелястих гір у Колорадо, де, за словами колег, «перезавантажувався», збираючись із думками перед новими викликами в науці.
Як людина, що пережила Голокост, Шиффер надзвичайно цінував свободу слова та досліджень, яку дарувала йому наукова спільнота США. У його розумінні наука була чимось набагато більшим за професію: він бачив у ній духовне покликання — досліджувати світ і передавати знання майбутнім поколінням [3]. Такий світогляд формувався ще з дитинства, коли родина Шифферів дивом урятувалася від переслідувань, і зміцнів завдяки можливостям, які він знайшов, переїхавши до Америки.
Ця глибока повага до життя, людської гідності та свободи досліджень пронизувала всю його наукову і громадську діяльність. Тож прогулянки природою були для нього своєрідним ритуалом, де він знаходив натхнення та поглиблював власне розуміння гармонії світу — тої самої гармонії, яку він намагався розкрити на рівні атомних ядер.
Висновок
Джон Шиффер назавжди залишив в історії фізики глибокий слід, подарувавши науковому світові методологічно виважені експерименти, послідовність у вимогах до точності даних і цілу плеяду учнів, які продовжили його справу. Його життєвий шлях переконує, що наука потребує глибокої відданості, готовності завжди ставити під сумнів попередні уявлення та постійної жаги до нових відкриттів. Він не лише збагатив людство знаннями про будову атомного ядра, а й продемонстрував, як важливо цінувати сам процес пошуку істини — з усіма його сумнівами, викликами та несподіваними знахідками.
Список використаних джерел:
American Physical Society (APS). John Schiffer (1930–2022) [Електронний ресурс] // APS News. – Режим доступу: https://www.aps.org/apsnews/2022/07/john-schiffer
2.Argonne National Laboratory. John Schiffer, longtime Argonne physicist, passes away at 91 [Електронний ресурс] // Argonne National Laboratory. – Опубліковано 10.06.2022. – Режим доступу:
3.The University of Chicago. In memoriam: Argonne nuclear physicist John P. Schiffer, 1930–2022 [Електронний ресурс] // UChicago News. – Опубліковано 14.06.2022. – Режим доступу: https://news.uchicago.edu/story/john-p-schiffer-nuclear-physicist-1930-2022
Comentarii