На обеды часто приглашали иностранных гостей. В описываемый день вместе с французами в ресторане был Роман Смолуховский, металлург из Принстонского университета. Он жаловался, что у него нет ни одного экспериментатора, который мог бы заняться изучением разрушений, вызываемых ос-облучением в вольфрамовой проволоке. Тогда Эрпен и предложил де Жену взяться за эту проблему.

Задание оказалось не из легких. Вначале Пьеру-Жилю потребовалось собрать все необходимые для эксперимента материалы, которые ему пришлось заимствовать в нескольких соседних лабораториях. Когда, наконец, он смог поместить вольфрамовую проволоку в ускоритель Ван де Граафа, случилось несчастье. Пьер-Жиль случайно подставил свой глаз под пучок ос-частиц. В результате он получил сильный ожог, после которого даже рисковал лишиться глаза, однако ему повезло, и все в конце концов обошлось благополучно.

Подлечившись, де Жен снова, уже с гораздо большей осторожностью возобновил свои опыты, но опять без особого успеха. Он впоследствии говорил: «Из всего этого следовал вывод, что мне лучше было бы вообще не заниматься экспериментом» [76, с. 98].

После этого случая Пьер-Жиль окончательно понял, что его призвание – теория и уже больше никогда не пытался экспериментировать. Тем не менее небольшой опыт работы в области экспериментальной физики, несомненно, был для него полезен. Он показал молодому ученому всю сложность экспериментальной деятельности и позволил ему в дальнейшем (как он сам признавал) с пониманием общаться с коллегами-экспериментаторами. Более того, со временем постоянное тесное сотрудничество с экспериментаторами стало одной из главных особенностей научного стиля де Жена.

На ядерном реакторе Центра Сакле велись многочисленные исследования структуры вещества с помощью пучков нейтронов. Однако общие принципы теории рассеяния этих частиц казались де Жену уже достаточно хорошо разработанными. Его привлекли нейтронные эксперименты, проводимые на магнитных веществах (например, железе и никеле). Ими в группе Эрпена (впервые во Франции) занимались уже упомянутый тридцатилетний Бернар Жакро (в свое время закончивший престижную Политехническую школу) и его помощница Магда Эриксон (в девичестве – Галула).

Имеющие нулевой электрический заряд нейтроны обладают, тем не менее, магнитными моментами, которые могут взаимодействовать с магнитными моментами атомов вещества (связанными с круговыми токами движения электронов по орбиталям и их спинами). Таким образом, рассеяние нейтронов в магнетиках может дать информацию не только о расположении атомов в веществе, но и об ориентации в нем магнитных моментов. Так, именно с помощью рассеяния нейтронов в 1949 г. [84] было продемонстрировано существование теоретически предсказанной в начале 1930-х годов Неелем[21] и независимо от него Л.Д. Ландау и Е.М. Лифшицем антиферромагнитной фазы (с антипараллельным упорядочением магнитных моментов) [см., например: 85; 86, с. 237–242].

Нейронограммы, полученные для одного и того же магнетика (оксида марганца, MnO) в антиферромагнитной (при T = 80 К) и парамагнитной (при T = 300 К) фазах [84], изображены на рис. 1.

Рис. 1

В первом случае наблюдались дополнительные пики (указаны стрелками), характерные для антипар аллельного упорядочения магнитных моментов.

Во время работы над своей диссертацией де Жен довольно редко посещал ядерный реактор, однако молодой теоретик не ограничивался только сидением в кабинете. Он регулярно обсуждал свои научные результаты с Б. Жакро, который вспоминал: «Наши офисы располагались по соседству. Мы очень часто разговаривали друг с другом. Можно было сказать, что мы образовывали настоящий бином теоретика и экспериментатора» [76, с. 87].

Итак, Пьер-Жиль стал думать над теорией рассеяния нейтронов в магнитных материалах. Все лето 1955 г., находясь на семейной ферме в Орсьере, вместо того чтобы по своему обыкновению бродить по горным тропам или охотиться на сурков, он изучал работы известного бельгийского физика-теоретика Леона ван Хова. В только что вышедшей и ставшей впоследствии классической статье по рассеянию нейтронов в магнитных материалах ван Хов показал, что поведение ферромагнетика вблизи температуры Кюри аналогично поведению жидкости вблизи критической температуры (при которой исчезает разница между жидкостью и ее паром) [87].

Это обстоятельство было подтверждено и де Женом. В своей диссертации он указывал на следующие аналогии между магнетиком и жидкостью вблизи критической точки: плотность намагниченности соответствует плотности вещества; магнитное поле – давлению; магнитная восприимчивость – сжимаемости; корреляция спинов – позиционной корреляции [2].

Итак, уже в этой ранней квалификационной работе проявилось еще одно свойство, характерное для его будущего научного стиля, – стремление к доказательству универсальности, казалось бы, совершенно разнородных физических явлений, к поиску аналогий между ними.

Опираясь на подход ван Хова, Пьер-Жиль развил теорию рассеяния нейтронов в ферромагнитной и парамагнитной фазах [см., например: 3, 4], а также теории Нееля и ван Флека[22] [см., например: 85, 88], описывающие поведение ферромагнетиков и антиферромагнетиков вблизи температуры перехода в парамагнитное состояние [см., например: 5, 6].

Подход де Жена хорошо предсказывал температурное поведение флуктуаций магнитного момента в ферромагнитной и антиферромагнитной фазе (при T < T_C (T_N), где T_C и T_N – соответственно, температуры Кюри и Нееля), а также для парамагнитной фазы (при T > T_C (T_N)), однако не давала точных результатов в непосредственной близости к критической точке. Этот пробел был впоследствии ликвидирован американцем Кеннетом Вильсоном с помощью развитого им подхода ренормализационной группы (см. также главу IX).

В своих расчетах Пьер-Жиль принимал во внимание не только взаимодействие соседних магнитных моментов, но и корреляции между пространственно удаленными моментами. Для него было удивительно то, что, например, такой маститый ученый, как ван Флек, не учитывал этого «дальнодействия».

Пьер-Жиль решил проверить на практике правомерность учета корреляции магнитных моментов на больших расстояниях. Он рассуждал так. Если суммарное намагничивание магнетика определяется только взаимодействием магнитных моментов ближайших соседей, то тогда картина рассеяния нейтронов не должна зависеть от ориентации и модуля волнового вектора падающего пучка. Проведенные Д. Крибье эксперименты показали, что так оно и есть, т. е., что прав ван Флек. Однако де Жен снова и снова проверял свои расчеты и продолжал настаивать на своей правоте. В конце концов в итоге большой работы Крибье удалось обнаружить в своих экспериментах артефакт: используемые для измерений образцы сильного ферромагнетика (фторида марганца – MnF₂) содержали протоны, которые и вносили ошибку в результаты опытов. Оказалось, что картина рассеяния нейтронов все-таки зависела от волнового вектора и что прав был Пьер-Жиль.

Де Жен впервые встретился с ван Флеком в 1958 г. Впоследствии он вспоминал: «Это был пожилой господин – доброжелательный и колоритный. У него обнаружились неожиданные увлечения. Например, он помнил наизусть расписания многих поездов. Он знал, что для того чтобы добраться из Лондона до Бирмингема, надо сесть на поезд, отправляющийся в 18.57. Он также обожал американский футбол. Когда мы снова, через несколько лет, увиделись в Гарварде, он притащил меня на матч – там была даже команда девушек чирлидинга – и объяснил мне правила игры. Тогда ему уже было за семьдесят, но он болел с таким азартом! Я всегда испытывал привязанность к нему. Близкие называли его “ван”…» [76, 89–90].