Для того чтобы облегчить условия термостатирования, молодые физики решили поместить в колбочку магнитометра смесь рубидия и цезия. При этом образуется как бы раствор одного металла в другом, а давление паров над таким раствором зависит от температуры много слабее, чем давление паров чистого металла. Разумеется, о таком поведении паров над растворами было известно и раньше. Но как редок, как ценен творческий шаг от пассивного знания к практическому применению!

Конечно, не легко взглянуть на факты, десятилетиями переходящие из учебника в учебник, не как на окаменелость. Еще труднее решиться изменить в них хоть небольшую деталь. А там пойдет. Дальше побеждают настойчивость и трудолюбие.

Только что мы видели, как инертный газ, бывший долгое время совершенно необходимым, оказался вредным. Теперь выяснилось, что вместо тщательнейшей очистки рубидия к нему нужно что-то подмешать.

Правда, нечто подобное уже встречалось на пути ученых, создающих полупроводниковые приборы. Они сперва очищают свои материалы так, что на миллион, а то и на миллиард атомов не приходится и одного атома примеси, а потом добавляют в эту стерильную среду специально подобранные и строго дозированные присадки.

Здесь, к счастью, все было гораздо грубее. И первоначальная очистка не столь совершенна, и присадки можно было отвешивать на весах. Пришлось лишь провести сотни опытов, подбирая наиболее удачные компоненты. А когда работа позади, она уже не кажется такой трудной.

Итак, еще одна из ветвей радиоспектроскопии принесла щедрые плоды в виде малогабаритных квантовых стандартов частоты и сверхточных измерителей магнитного поля.

Но и это не последняя ветвь щедрого дерева.

Мы так увлеклись погоней за точностью и стабильностью генераторов, что чуть не забыли о мазерах. Нечто похожее случилось и с физиками.

Квантовые генераторы в первое время применялись только в качестве источников сверхстабильных колебаний. Но ведь еще в первых работах Басова и Прохорова, так же как и в первой статье Таунса и его сотрудников, указывалось, что их прибор может работать не только как генератор, но и как усилитель. Даже название «мазер», которое дал Таунс своему прибору, говорило об усилении, а не о генерации электромагнитных волн. Мазер есть акроним — сокращение — английской фразы. Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation, означающей усиление (а не генерацию) микроволн при помощи вынужденного испускания.

Уже из первых работ создателей молекулярного генератора было ясно, что особенности нового прибора, обеспечивающие выдающуюся стабильность его частоты, неизбежно ограничивают его применение в качестве усилителя. Усилитель на пучке молекул аммиака должен быть чрезвычайно узкополосным. Частота, на которой он может усиливать, способна изменяться только в весьма узких пределах. Такой усилитель не может найти широкого применения и действительно никогда не применялся.

Стабильность молекулярного генератора и узость его полосы усиления обусловлены тем, что работающие в нем молекулы аммиака пролетают сквозь резонатор в условиях строгой изоляции. Они связаны одна с другой и с внешним миром только через электромагнитное поле. В таком состоянии спектральная линия молекул должна была быть не шире миллионной доли герца. Практически она оказывается примерно в миллиард раз шире, так как молекулы пролетают через резонатор приблизительно за одну трехтысячную долю секунды, а за это время определить их резонансную частоту точнее невозможно.

Неудовлетворительные свойства усилителя на пучке молекул аммиака и выдающиеся качества молекулярного генератора на несколько лет определили дальнейшее развитие квантовой электроники. Все занялись совершенствованием квантовых стандартов частоты. О возможности квантового усиления забыли.

Лишь в 1956 году профессор Николас Блумберхен заново обсудил возможность применения квантовых систем для усиления электромагнитных волн. Блумберхен один из тех ученых, выходцев из Европы, которые в существенной мере обеспечили быстрый прогресс американской науки и дали журналистам право говорить об «импорте мозгов» в США. Блумберхен принадлежит к среднему поколению современных физиков. Он родился в Голландии в 1920 году, окончил университет во время войны, защитил докторскую диссертацию и в возрасте около 30 лет пересек океан в поисках более широкого применения своих способностей. Он теоретик, его работы привлекают четким и рациональным подходом к задаче, конкретными указаниями возможных экспериментальных следствий и практического использования.

Для применения в диапазоне сверхвысоких частот, пишет он, необходимы очень широкополосные усилители. Это, впрочем, было ясно всем имевшим дело с радиолокацией или радиоастрономией. Даже телевидение, особенно цветное, может быть передано только по широкополосным каналам связи.

Для создания широкополосного усилителя необходима квантовые системы, обладающие очень широкими спектральными линиями. Это значит, что пучки невзаимодействующих молекул или атомов здесь непригодны.

Опять, как видите, ничего абсолютного нет! Что годилось для одной цели, непригодно для другой. Но отказ от ранее найденного решения не есть шаг назад. Борьба за чистоту спектральной линии в генераторе перешла на этот раз в борьбу за ее уширение. А широкие спектральные линии возникают в результате сильного взаимодействия микрочастиц. Такие взаимодействия существуют в плотных средах — в жидкостях и твердых телах.

Блумберхен, перебрав различные возможности, предложил использовать для усиления радиоволн спектральные линии парамагнитных ионов, вводимых в качестве примесей в подходящие кристаллы.

Парамагнитные ионы, эти миниатюрные магнитики, входящие в состав многих твердых тел и жидкостей, давно были в поле зрения ученых. Но особенно широкое и успешное исследование таких ионов стало возможным после того, как удалось обнаружить явление электронного парамагнитного резонанса.

Электронный парамагнитный резонанс был открыт и изучен Евгением Константиновичем Завойским, ныне академиком, в его докторской диссертации, защищенной в 1944 году в Физическом институте АН СССР, который в это военное время работал в Казани. Хотя существование электронного парамагнитного резонанса еще в 1936 году было предсказано Гортером и Кронингом на основе теоретических соображений, обнаружить его было нелегко. Дело в том, что магнитные свойства парамагнитных ионов зависят не только от природы самого иона, но и от электрических полей, действующих внутри кристалла и внешнего магнитного поля, в котором находится кристалл. Поэтому один и тот же ион в разных условиях может обладать совершенно различными свойствами, и в довоенные годы их еще нельзя было заранее предсказать.

Хотя из теории ученые знали, что парамагнитные кристаллы должны обладать резонансным поглощением, то есть должны поглощать энергию электромагнитной волны подходящей частотой, это долго не удавалось наблюдать. Трудность заключалась не только в том, что это поглощение легче наблюдать на сверхвысоких частотах, но и в том, что линии парамагнитного резонанса очень широки (это и привлекло к ним впоследствии Блумберхена), так широки, что, перестраивая любые генераторы радиоволн от края до края шкалы, никому не удавалось даже заметить линию парамагнитного резонанса. Здесь-то и проявилось остроумие Завойского. Не то ценимое многими остроумие, вызывающее улыбку на лице собеседника, а столь редкое высшее проявление возможностей человеческого интеллекта, которое движет научный прогресс. Завойский рассуждал так. Частота парамагнитного резонанса зависит от величины магнитного поля. Мы хотим просмотреть очень широкую спектральную линию, а диапазон перестройки генераторов радиоволн слишком узок. Как поступить? Да так, как вы поступите перед осколком зеркала на стене вагона. Подвинуть его нельзя, так подвигайтесь сами, и вы увидите все, что вам нужно. Короче, если нельзя перестраивать генератор, нужно изменять магнитное поле. При этом спектральная линия будет смещаться, проходя перед генератором различными своими частями.