Длительная работа с атомным стандартом частоты позволила Эссену проделать новые, более точные исследования нерегулярности солнечной и эфемеридной секунды.

Не удовлетворившись достигнутым, Эссен построил огромную девятиметровую атомнолучевую трубку. Ее пришлось поместить вертикально, пробив перекрытие между двумя этажами. Но эта трубка не повысила точности измерений, и Эссен применил ее в качестве радиоспектроскопа для точного измерения частоты спектральной линии атомов рубидия.

За выдающийся вклад в науку, внесенный работами по созданию и применению атомного стандарта частоты, доктор Люис Эссен был в 1959 году награжден Академией наук СССР золотой медалью имени А. С. Попова. Вскоре после этого его работы получили достойную оценку и на Британских островах. Эссен был избран членом Королевского общества, играющего в Англии роль Академии наук.

Теперь цезиевые стандарты частоты работают во многих странах.

Точность их увеличилась еще в 10 раз, и ошибка в одну секунду накопится лишь за 3000 лет. Многое здесь сделали советские ученые, и можно не сомневаться в том, что и эта цифра не останется предельной.

Уже выпускаются сравнительно небольшие атомные часы, предназначенные для применения в лабораториях и в навигационных системах. Но это требует специального рассказа.

Молекулярный генератор потерпел поражение в соревновании с цезиевым стандартом частоты. По стабильности они оказались одинаковыми, но по точности определения частоты, удобству и простоте применения цезиевый стандарт оказался лучше. Сейчас молекулярный генератор оттеснен на второстепенные позиции. Он применяется в некоторых службах времени в качестве дублера, используется в лабораториях в качестве превосходного радиоспектроскопа и готовится к реваншу.

В Горьком и в Токио заработали генераторы на молекулах формальдегида, в Москве — на молекулах аммиака, в которых атомы водорода заменены дейтерием, в США для этой цели применили даже молекулы одного из самых страшных ядов — синильной кислоты.

Пока молекулярный генератор находится в стадии усовершенствования, он выслал на поле боя своего заместителя.

Впрочем, молекулярный генератор, считающий молодого чемпиона своим прямым наследником, должен признать его небесное происхождение.

В 1945 году голландский астрофизик Ван де Холст высказал предположение, что атомы водорода, находящиеся в межзвездном пространстве, излучают радиоволны длиной около 21 сантиметра. Это не было домыслом или догадкой. Так показали ему строгие математические расчеты.

Путем математического анализа была получена еще одна, совершенно парадоксальная цифра, касающаяся характера этого излучения. Советский ученый И. С. Шкловский вычислил, что каждый атом межзвездного водорода, летая в свободном пространстве, может излучить радиоволну всего один раз за 10 миллионов лет!

Не будем вспоминать о всех возражениях и спорах, которыми были встречены прогнозы о космическом излучении водорода. Скажем о главном. Было ясно, что энергия, излучаемая отдельным атомом, очень мала. Казалось, нет никакой возможности уловить ее. Нет даже столь чувствительных радиоприемников. Но положение спасли размеры нашей Галактики. Они столь велики, что излучение от множества отдельных атомов, находящихся, если можно так выразиться, на луче зрения, складывается в заметную величину. Вот это-то суммарное излучение и удалось зафиксировать современными чувствительными приборами.

Так прогнозы Холста блестяще подтвердились. Радиоволны длиной в 21 сантиметр теперь систематически принимаются радиоастрономами из глубин вселенной.

Атом водорода — самый простой атом в природе — один протон и один электрон. Можно было надеяться, что при его помощи удастся создать самые точные атомные часы. Недаром говорят часовщики: чем проще механизм, тем лучше часы.

За эту задачу взялся профессор Норман Рэмси, тот самый, который придумал метод разделенных полей, ставший решающим шагом при создании атомных часов на пучке атомов цезия. Он решил, что пришла пора воссоздать радиоизлучение космического водорода в лаборатории. В свете опыта, полученного с молекулярными генераторами, ему было ясно, что для этого необходимо сформировать упорядоченный пучок атомов водорода, найти способ сортировать атомы этого пучка, отличающиеся запасом внутренней энергии, и направить отсортированные атомы в резонатор, где они должны излучать избыточную энергию в виде радиоволн.

В земных условиях свободный водород существует только в виде молекул, состоящих из двух атомов. Поэтому первой задачей было получение атомарного водорода. Несмотря на то, что химики знают много реакций, каждый элементарный акт которых приводит к освобождению атома водорода, химия не могла помочь делу: атомы водорода быстро находили друг друга и вновь соединялись в молекулы.

Пришлось обратиться к физике. Одним из удобных способов, разработанным замечательным американским оптиком Вудом, было применение электрического разряда. Поддерживая электрический разряд в разреженном газообразном водороде, он научился создавать такие условия, когда электрические силы разрывают молекулы водорода на отдельные атомы. Воспользовавшись этим и решив первую задачу, Рэмси перешел ко второй — созданию пучка атомов водорода.

Задача оказалась не сложной. Достаточно было при помощи узких каналов — капилляров соединить область разряда с пространством, в котором мощные насосы поддерживали высокий вакуум, и из каналов в вакуум начал вылетать пучок атомов водорода. Конечно, в этом пучке присутствовали и атомы-передатчики и атомы-приемники, причем, как всегда, последних было больше.

Третьим этапом была сортировка. Но атомы, как известно, электрически нейтральны, и центр тяжести отрицательного заряда электронов в них совпадает с центром положительного заряда ядра. Поэтому атомы невозможно сортировать при помощи электрических полей.

К счастью, атомы водорода обладают свойствами маленьких магнитиков. Если бы мы могли рассмотреть такой магнитик, то увидели бы, что он не простой, а составной. И ядро атома водорода — протон и электрон, вращающийся вокруг него, сами являются элементарными магнитиками. Причем магнитик-электрон почти в две тысячи раз сильнее магнитикапротона. Образующиеся из двух таких магнитиков магнитики-водороды могут быть двух сортов. В одном сорте магнитики-электроны и магнитикипротоны направлены одинаково, и поэтому их действие складывается, а в другом сорте они направлены противоположно, и поэтому их магнитное действие вычитается. В результате атомы водорода образуют два сорта, отличающихся своим поведением в магнитном поле.

Этим и воспользовался Рэмси для сортировки атомов водорода. Он создал неоднородное магнитное поле, по своим свойствам напоминающее поле электрического конденсатора молекулярного генератора. В этом поле атомы водорода, способные излучать радиоволны, собираются к оси магнитного поля, а атомы, стремящиеся поглотить их и поэтому играющие вредную роль, отбрасываются в стороны.

Теперь осталось поставить на пути отсортированного пучка объемный резонатор, настроенный на волну 21 сантиметр, и «космическое радиоизлучение» должно было возникнуть в лаборатории. Но…

Но природа не любит легких побед, а опытный ученый не может надеяться на то, что победа будет легкой. Расчет показал, что самый лучший резонатор недостаточно хорош для того, чтобы самый сильный пучок атомов водорода, который может быть практически получен, преодолел потери в резонаторе и вызвал в нем цепную реакцию генерации радиоволн. Атомы водорода в 17 раз легче молекул аммиака и поэтому при той же температуре летят в четыре раза быстрее. Кроме того, их магнитная энергия много меньше, чем электрическая энергия молекулы аммиака.

Но если самый сильный пучок не может возбудить самый лучший резонатор, подумал Рэмси, значит мы зашли в самый настоящий тупик. «Стенкой» этого тупика была задняя стенка резонатора, в которую ударялись атомы водорода, так и не успев отдать полю избыток своей энергии.