Несмотря на то, что соединенными усилиями были оценены все причины, хотя бы в малой степени разрешающие эти переходы, теория не сходилась с опытом. Переходы происходили несравненно быстрее, чем предсказывали расчеты. Казалось, что природа знает какой-то неизвестный людям путь обхода незыблемого запрета.
Прохоров и Маненков решили обнаружить этот путь. И они нашли его. Оказалось, что частица, находящаяся на том уровне, с которого путь вниз запрещен, может с большой вероятностью подняться на более высокий уровень, а уже потом, практически мгновенно, свалиться вниз. Прохоров и Маненков проверили это предположение на многих примерах, и опыт подтвердил его. Уличив природу в таком обходе запретов, Прохоров и Маненков решили извлечь из этого пользу. Они разработали метод, позволяющий из наблюдения двухступенного процесса определять высоту вспомогательного уровня, играющего основную роль при таких переходах. Это был способ изучения уровней, для наблюдения которых прямыми методами в то время, а в некоторых случаях и теперь не существует нужной аппаратуры. Прохоров и Маненков обнаружили, что в некоторых случаях непрямые переходы между близкими уровнями, разделенными запретом, могут происходить через удаленный третий уровень, лежащий не только выше, но и ниже этой пары. Об этих работах я вспоминаю каждый раз, пересекая по подземному коридору близ ФИАНа Ленинский проспект, переход через который запрещен.
По-видимому, статьи об этих работах Прохорова и Маненкова несколько опередили время. Они не встретили резонанса. Но впоследствии аналогичные исследования были выполнены за рубежом Орбахом. Наверно, статья Орбаха появилась в очень подходящий момент. Почва для нее уже была подготовлена. Факт остается фактом — непрямые переходы в течение нескольких лет даже в нашей стране называли Орбаховским процессом.
Впрочем, Прохоров не рассказывал гостю о непрямых переходах, уже вошедших в учебники. Нужно было беречь время, и он начал с не менее парадоксальной идеи.
Речь шла о двухфотонном оптическом квантовом генераторе. Конечно, двухфотонное поглощение было известно и раньше. При очень интенсивных полях атомные системы могут поглощать не только фотоны резонансной частоты, но и пары фотонов, суммарная энергия которых совпадает с разностью энергий соответствующих уровней.
О возможности противоположного процесса никто не думал. Но после того, как Прохоров и Селиваненко указали на возможность создания двухфотонного лазера, трудно понять, почему об этом не догадывались раньше. Конечно, в слабых полях вероятность двухфотонных процессов очень мала и их трудно наблюдать. Но если поля достаточно сильны, то при подходящих условиях вынужденный переход системы с верхнего уровня на нижний может сопровождаться рождением сразу двух фотонов. Таких, чтобы сумма их энергии равнялась энергии, выделяемой системой. На схемах, иллюстрирующих двухфотонный процесс, можно видеть верхний и нижний уровень, соединенные двумя стрелками. Но ни одна из них недостаточно длинна, чтобы перекинуть между ними мост. И они объединяются, стыкуясь между собой там, где пет никакого промежуточного уровня. Впрочем, физикам удобнее считать, что там есть виртуальный уровень (они почему-то не воспользовались русским словом «воображаемый»).
Конечно, Таунсу было любопытно узнать, при каких условиях можно осуществить такой процесс Прохоров и Селиваненко набросали расчет. Оказалось, что для этого нужно поместить активную среду в резонатор, настроенный сразу на обе желаемые частоты, и принять меры для подавления генерации на частоте, свойственной самой атомной системе. Достаточно после этого воздействовать на систему коротким, но мощным импульсом одной из избранных частот, и процесс начнется. А начавшись, он будет продолжаться до тех пор, пока мы сможем поддерживать среду в активном состоянии. Самое интересное и важное здесь — это возможность плавной перестройки частоты. Если генерация началась, то резонатор можно перестраивать в широком диапазоне, соблюдая лишь одно условие: сумма двух его частот должна оставаться равной частоте прямого перехода между рабочими уровнями.
Расчеты показали, что осуществить перестраиваемый двухфотонный генератор далеко не просто. И он до сих пор не создан. Но такой генератор очень нужен для управления химическими реакциями, и он, несомненно, будет построен.
От обсуждения теоретических проблем гость перешел к знакомству с тончайшими опытами, в которых советским физикам удалось с большой точностью измерить температуру плазмы, образующейся в сфокусированном луче оптического квантового генератора. В этой работе, кроме Прохорова и его сотрудника П. П. Пашинина, участвовал руководитель спектральной лаборатории ФИАНа профессор Сергей Леонидович Мандельштам, сын Леонида Исааковича, и его сотрудница Н. К. Суходрев.
Таунсу не нужно было объяснять, что ни один из известных методов измерения температуры не позволял получить нужной точности из-за крайней быстротечности возникновения и исчезновения этой миниатюрной шаровой молнии. Долгие обсуждения и настойчивые опыты привели наших исследователей к выводу о том, что можно провести расчет, точно связывающий температуру плазмы в этом разряде с испускаемым ею рентгеновским излучением. Они осуществили это на практике. И рентгеновы лучи стали чувствительным органом нового невиданного термометра. При их помощи удалось установить, что температура в плазме, получаемой в фокусе луча лазера, достигает полумиллиона градусов!
В соседней комнате Таунс познакомился с Натальей Александровной Ирисовой, появлявшейся уже на первых страницах этой книги юной аспиранткой, а теперь ставшей опытным молодым физиком. Она руководит группой, ведущей сложные исследования свойств вещества в субмиллиметровом диапазоне радиоволн. Ее цель обеспечить смыкание радиоволн с оптическими волнами методами квантовой электроники. Для этого она и ее сотрудники создают все более совершенные приборы, изучают новые материалы, сообщают товарищам, среди каких веществ следует вести поиски, изобретают все новые конструкции, добиваются увеличения точности и быстроты исследования.
Нельзя не залюбоваться тем, как уверенно действуют они в области, которая, по всеобщему мнению, превосходит по трудности все остальные. Здесь должны акклиматизироваться не только экспериментаторы, но и их приборы. И самыми жизнестойкими, совсем как в биологии, оказались гибриды, глядя на которые невольно думаешь о грани, отделяющей изящество от уродства.
Наталья Александровна с нежностью и осторожностью манипулирует с пустыми металлическими рамками. Только заметив недоумение зрителей, она поясняет, что рамки отнюдь не пустые. Они затянуты тончайшими незримыми проволочками. И образуют различные элементы приборов субмиллиметрового диапазона.
Прохоров поделился с гостем своими мечтами о новых типах оптических квантовых генераторов, о поисках новых активных материалов. Ведь коэффициент полезного действия большинства современных оптических квантовых генераторов очень мал. Он составляет доли процента, в лучшем случае несколько процентов. Прохоров убежден, что здесь можно достичь многого.
Лаборатория колебаний вместе с отделом монокристаллов ФИАНа и с Институтом кристаллографии уже добились повышения коэффициента полезного действия рубинового генератора до нескольких процентов. Так, рубиновый генератор сравнялся с паровозом. Но это не предел. Один из генераторов, созданный в лаборатории, имеет кпд в 13 процентов. Прохоров считает это число счастливым. Ведь удалось догнать тепловоз!
Прохоров — прирожденный фантаст. И к нему тянутся фантасты. Один из «старых» молодых сотрудников Прохорова, В. Г. Веселаго, бывший студентом-дипломником еще в старом ФИАНе на Миусах, затратил массу сил на создание уникальной магнитной установки. В ней в очень большом объеме в течение длительного времени могут поддерживаться огромные магнитные поля. Столь большие поля в других лабораториях создаются лишь в весьма малых объемах или на короткие мгновения. Это очень усложняет исследования. Здесь же Прохоров рассчитывает наблюдать то, что пока еще остается недоступным экспериментаторам. А может быть, при помощи новой установки они натолкнутся и на явления, о которых еще не думают и теоретики!
