Фано, Уго

У́го Фа́но (итал. Ugo Fano; 28 июля 1912, Турин — 13 февраля 2001, Чикаго) — американский физик-теоретик итальянского происхождения, член Национальной академии наук США (1976). Научные работы Фано посвящены атомной и ядерной физике, спектроскопии, радиационной биологии и генетике. Ему принадлежит ряд крупных достижений в области теории взаимодействия электромагнитного излучения и заряженных частиц с веществом, с его именем связано возникновение таких понятий, как резонанс Фано, эффект Фано, механизм Фано — Лихтена, фактор Фано.

Уго Фано
Ugo Fano
Дата рождения 28 июля 1912(1912-07-28)
Место рождения Турин
Дата смерти 13 февраля 2001(2001-02-13) (88 лет)
Место смерти Чикаго
Страна  Италия,
 США
Научная сфера физика
биофизика
Место работы Римский университет
Лейпцигский университет
Институт Карнеги
Национальное бюро стандартов
Чикагский университет
Альма-матер Туринский университет
Научный руководитель Энрико Персико
Энрико Ферми
Эдоардо Амальди
Известен как автор концепции резонанса Фано, эффекта Фано, механизма Фано — Лихтена
Награды и премии
 Медиафайлы на Викискладе

Биография

Уго Фано родился в Турине в богатой еврейской семье. Он был назван в честь деда, который сражался на войне за объединение Италии в армии Джузеппе Гарибальди. Отец, Джино Фано, был профессором геометрии Туринского университета. Мать, Роза Кассин (Rosa Cassin), происходила из семьи инженеров и была талантливой художницей и музыкантом. Брат Уго, Роберт Фано, впоследствии также стал известным учёным, специалистом в области теории информации. Уго был болезненным ребёнком и первые три класса учился дома. В двенадцатилетнем возрасте он увлёкся ездой на велосипеде, что позволило ему укрепить здоровье. Позже он активно занимался туризмом и альпинизмом, много времени проводил в горах вблизи виллы (Villa Fano), купленной дедом много лет назад в окрестностях Вероны. С четвёртого класса Уго учился в школе, где многие преподаватели были священниками. Семейная обстановка способствовала интересу к науке и технике; например, в 12 лет он узнал от отца о боровской модели атома[1]. Среди школьных друзей Уго был Сальвадор Лурия, будущий знаменитый микробиолог и нобелевский лауреат[2].

Когда Фано учился в Туринском университете, его старший кузен Джулио Рака убедил его заняться физикой и познакомил с Энрико Персико[2], под руководством которого в 1934 году Уго защитил докторскую диссертацию по математике. После этого Персико устроил его на работу в группу Энрико Ферми, и Фано переехал в Рим, где его непосредственным наставником стал Эдоардо Амальди. В следующем году Фано посетил Гёттинген и Копенгаген, где познакомился с такими крупными учёными, как Нильс Бор, Арнольд Зоммерфельд, Эдвард Теллер и Георгий Гамов. В 1936 году молодой физик отправился на два года в Лейпцигский университет, где работал под руководством Вернера Гейзенберга над некоторыми вопросами теории атомного ядра. По возвращении он некоторое время трудился в Риме преподавателем, однако активизировавшиеся в Италии гонения против евреев вынудили Уго и его невесту Камиллу (Лиллу) Латтес (Lilla Lattes) принять решение об эмиграции. В феврале 1939 года они спешно приняли крещение и были обвенчаны католическим священником, после чего Лилла отправилась в Аргентину, тогда как Уго сначала заехал в Париж, а затем присоединился к ней. Там они смогли получить американские визы и в июне 1939 года прибыли в Нью-Йорк[3][2].

В США Фано поначалу работал в Вашингтонском институте биофизики, а вскоре переехал в лабораторию Института Карнеги, расположенную в Колд-Спринг-Харбор. Уго вошёл в группу Милислава Демереца и занимался в основном радиобиологией. Его интерес к вопросам биофизики и генетики восходил к семинару Паскуаля Йордана, прошедшему в Риме в 1938 году. Фано также много общался с Максом Дельбрюком и, в частности, познакомил того с Сальвадором Лурией (они впоследствии разделили Нобелевскую премию)[4][2]. Вступление Соединенных Штатов во Вторую мировую войну внесло новые изменения в жизнь учёного. Поскольку его жена была беременна, он был освобождён от призыва, однако затем перешёл на работу в Баллистическую лабораторию, расположенную на Абердинском испытательном полигоне в штате Мэриленд. Здесь Фано занимался проблемами эффективности вооружений и составлял инструкции для ВВС по выбору лучшего оружия для конкретных целей. Вскоре жена с новорожденной дочерью Мэри присоединилась к нему в Абердине[5]. В 1945 году учёный получил американское гражданство[6].

После окончания войны Фано на год покинул Колд-Спринг-Харбор, чтобы поработать в Колумбийском университете над физическими основами биологических эффектов радиации, однако в процессе работы глубоко заинтересовался природой самих элементарных процессов, протекающих при воздействии излучения на атомы и молекулы. В 1946 году он принял предложение перейти в Национальное бюро стандартов в Вашингтоне, где продолжал работать до 1966 года. Через несколько месяцев после переезда у него родилась вторая дочь, Вирджиния. В 1948 году Фано и его жена впервые вернулись в Италию, впоследствии они регулярно посещали на родину. В 1950-е годы вышло две книги его авторства: первая, написанная совместно с женой Лиллой, также физиком по образованию и учителем по профессии, была посвящена педагогически правильному изложению основ атомной физики; в другой, написанной с Джулио Рака, излагалась теория групп для углового момента и методы её использования в физике атомных и ядерных столкновений. Эта монография стала, в свою очередь, основой для книги, вышедшей в 1996 году за авторством Фано и его ученика Рави Рау (Ravi Rau) и посвящённой симметрии в квантовой физике[7].

В 1966 году было принято решение о переводе Национального бюро стандартов в Гейтерсберг (штат Мэриленд), однако Фано не пожелал туда переезжать и принял приглашение Чикагского университета, где работал до 2000 года. В 1972—1974 годах он возглавлял физический факультет, а в 1982 году получил звание почётного профессора (Professor Emeritus). В университете он руководил большим числом студентов и аспирантов, со многими из которых продолжал сотрудничество и после их перехода в другие организации. Фано активно занимался общественной деятельностью: работал консультантом Международной комиссии по радиационным единицам и измерениям и Национального совета по радиационной защите и измерениям, привлекал внимание научного сообщества к радиационной биологии, необходимости строительства источников синхротронного излучения и повышения качества научной коммуникации. В 1990—1995 годах он выполнял обязанности помощника редактора журнала Reviews of Modern Physics[8]. Уго Фано скончался в Чикаго в результате осложнений, связанных с болезнью Альцгеймера[2].

Научная деятельность

Первая важная работа Фано, выполненная под руководством Ферми в 1935 году, касалась интерпретации формы некоторых спектральных линий благородных газов, наблюдавшихся в спектральном континууме Гансом Бойтлером (Hans Beutler) и называемых сейчас линиями Бойтлера — Фано (похожие идеи ещё в 1931 году высказывал Этторе Майорана, который рассмотрел процесс безызлучательного распада двухэлектронного возбуждения, приводящий к ионизации атома). В 1961 году Фано вернулся к общей проблеме формы линий, соответствующих возбуждению высокоэнергетических состояний, и ввёл параметр асимметрии линии. Эта идея была использована им два года спустя для объяснения странных спектральных линий гелия, наблюдавшихся при его облучении синхротронным излучением, за счёт возбуждения сразу двух электронов в квазидискретные состояния, лежащие в континууме. Идея асимметричного резонанса Фано, возникающего за счёт интерференции континуума и дискретного состояния, оказалась чрезвычайно плодотворной не только в атомной физике, но и в физике конденсированного состояния, физике квантовых точек, оптике; аналогичное явление «резонанса формы» (shape resonance) известно в ядерной физике[9][10][11].

Изучение дважды возбуждённых состояний привело Фано к идее коллективных квантовых чисел и координат (например, гиперсферических), которые оказываются более адекватными для описания систем скоррелированных частиц, чем координаты и квантовые числа отдельных электронов. Развитие этого подхода оказалось очень своевременным, поскольку именно в 1960-е годы стала активно исследоваться наименее изученная область между ближним ультрафиолетом и рентгеновскими частотами, куда попадают спектры многократно возбуждённых атомов и молекул, а процессы одновременного возбуждения нескольких электронов дают качественно иную картину, нежели возбуждение лишь одного электрона[12]. Позже эта методика применялась Фано и его сотрудниками к анализу воздействия электрического и магнитного полей на сильно возбуждённые ридберговские состояния атомов[13].

В 1947 году Фано ввёл показатель, известный как фактор Фано, определяющий отклонения от средней эффективности ионизации, которая вызывается в среде излучением, а в 1954 году совместно с Л. Спенсером (L. Spencer) проанализировал энергетический спектр при замедлении быстрых электронов в среде. Он также установил теорему Фано о том, что поток вторичных частиц не зависит от вариаций плотности в объёме, заполненном первичным излучением. Этот факт играет важную роль в дозиметрии и использовался в Национальном бюро стандартов для расчёта параметров торможения частиц в различных средах[14].

В 1957 году Фано внёс значительный вклад в популяризацию концепции матриц плотности и операторных представлений (уравнение Лиувилля) в атомной и молекулярной физике, продемонстрировав мощь этих подходов[15]. В 1965 году совместно с У. Лихтеном (W. Lichten) он дал объяснение процессам перехода кинетической энергии сталкивающихся атомов в энергию возбуждения электронов (механизм Фано — Лихтена). Этот механизм имеет большое значение для теории химических превращений[16]. В 1969 году Фано предсказал спиновую поляризацию электронов, испускаемых атомами под действием света с круговой поляризацией. Это явление, получившее название эффекта Фано, используется при исследовании структуры различных материалов с помощью поляризованных электронов[13]. Среди тех направлений, которыми Фано с учениками занимался во время работы в Чикаго, выделяются теория квантового дефекта, ставшая в результате их деятельности мощным подходом к анализу сложных спектров, и теория углового распределения электронов, рассеиваемых на различных объектах[17].

Работая в группе Демереца, Фано изучал воздействие рентгеновского излучения на яйца мух-дрозофил. Под влиянием работ Дельбрюка с бактериофагами, он также занялся этой темой, итогом чего стало открытие устойчивых к вирусам мутантов кишечной палочки. Опыт работы в области радиобиологии привёл Фано к осознанию недостаточности чисто статистической теории мишеней (target theory) для описания воздействия радиации на биологические объекты и необходимости заняться детальным изучением атомно-молекулярных процессов, происходящих при попадании энергичной заряженной частицы в среду. Среди результатов, полученных учёным в этом направлении, выяснение причин, по которым некоторые вещества способны увеличивать или уменьшать радиационные повреждения, и определение времени, необходимого клетке для восстановления после повреждения[18].

Награды и членства

Публикации

Книги

  • Fano U., Fano L. Basic physics of atoms and molecules. — NY: Wiley, 1959.
  • Fano U., Racah G. Irreducible tensorial sets. — NY: Academic Press, 1959.
  • Фано У., Спенсер Л., Бергер М. Перенос гамма-излучения. М.: Госатомиздат, 1963.
  • Fano U., Fano L. Physics of atoms and molecules: An Introduction to the structure of matter. — Chicago: Chicago University Press, 1972. Перевод: У. Фано, Л. Фано. Физика атомов и молекул. М.: Наука, 1980.
  • Fano U., Rau A.R.P. Atomic collisions and spectra. — NY: Academic Press, 1986.
  • Fano U., Rau A.R.P. Symmetries in quantum physics. — NY: Academic Press, 1996.

Основные статьи

Примечания

Литература

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.