Современная электроника №7/2025

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 51 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 7 / 2025 В середине 30-х годов И.Е. Тамм начал серьёзно заниматься пробле- мами ядерной физики. В этот пери- од он публикует ряд работ по таким вопросам, как, например, реляти- вистское взаимодействие элемен- тарных частиц (1934), магнитный момент нейтрона (1934), взаимодей- ствие нейтронов и протонов (1934), бета-радиоактивность (1936), взаи- модействие нейтронов с электрона- ми (1938). Значительный период (1939–1951) был посвящён ядерной физике. В 1939 году он опубликовал работу «О структуре ядер» (Physical Review), в 1940 году – серию работ о нейтрино и взаимодействии тяжёлых частиц. Все эти работы представляют несо- мненный интерес с точки зрения ядерной физики. Их оригинальные тексты можно найти в «Собрании научных трудов И.Е. Тамма» [14]. В нашей статье остановимся на работе И.Е. Тамма и С.А. Альтшуле- ра (1934), посвящённой магнитно- му моменту нейтрона. Кроме того, что эта работа описывает фундамен- тальные свойства нейтрона, повлияв- шие на дальнейшее развитие ядерной физики, она имеет также большое прикладное значение, в том числе и для современной электроники [25]. Нейтрон был открыт в 1932 году английским физиком Джеймсом Чед- виком. В 1933 году Альфред Ланде опу- бликовал статью в журнале Physical Review, в которой он исследовал маг- нитный момент протона. То есть в это время было известно, что протоны имеют магнитный момент. Однако о нейтральных частицах ядра – ней- тронах существовало ошибочное мне- ние, что они магнитными свойства- ми не обладают. Игорь Тамм, интересовавшийся новыми открытиями в физике, пору- чил своему аспиранту Семёну Алек- сандровичу Альтшулеру всесторонне изучить эту тему. Крайне интересным в этой проблеме было то, что ядра с чётным числом протонов и нейтро- нов никак не проявляют магнитных свойств. В то же время, если в ядре наблюдается избыток или недостаток нейтронов, оно ведёт себя, как маг- нит. Отсюда они сделали гениаль- ный вывод: раз добавление одного нейтрона делает ядро магнитным, значит, сам нейтрон должен обла- дать магнитным моментом. Револю- ционность этой идеи заключалась в том, что нейтральная частица может быть магнитом. Тамм не стал углубляться в слож- ные квантово-механические рас- чёты. Вместо этого он использовал существующие эксперименталь- ные данные по магнитным момен- там различных ядер. Используя про- стую математическую модель, он оценил, каким должен быть магнит- ный момент нейтрона, чтобы объяс- нить наблюдаемые эксперименталь- ные данные. Авторы предсказали, что магнит- ный момент нейтрона составляет примерно половину ядерного маг- нетона и его направление противо- положно механическому (спиново- му) вращению. Сама мысль о наличии магнитного момента у нейтрона и его составной структуре в то время встретила мно- гочисленные возражения, в частно- сти, со стороны Нильса Бора. Несмотря на то что много позже экспериментально измеренный маг- нитный момент нейтрона оказался равен –1,913042 ядерного магнетона, эта работа Игоря Тамма имеет фунда- ментальное значение как для теоре- тических основ ядерной физики, так и для различных приложений, начи- ная от кубитов квантовых компьюте- ров и заканчивая установками термо- ядерного синтеза. Эта статья является ярким доказа- тельством таланта Игоря Евгенье- вича Тамма, показывая способность физика-теоретика увидеть физиче- ский смысл нового явления, скры- тый за математическими формулами. Вывод Тамма о том, что магнит- ные свойства нейтрона – это не про- сто абстрактное явление, а реализа- ция скрытой внутренней структуры частицы, был действительно про- видческим. Он предположил, что магнитный момент возникает из-за движущихся внутри частицы заря- дов или спинов, что связано с кван- товыми свойствами самой частицы. Таким образом, магнитный момент нейтрона воспринимался как про- явление квантово-механических свойств и внутренней динамики частиц, приводящей к взаимодей- ствиям с внешними магнитными полями. Это гениальное предсказа- ние Игоря Тамма подтвердилось в 1964 году, когда Мюррей Гелл-Манн и Джордж Цвейг независимо разра- ботали теорию строения адронов, утверждавшую, что протоны и ней- троны состоят из кварков. Экспери- ментальные доказательства суще- ствования кварков были получены в 1968 году в Стэнфордском центре линейных ускорителей (SLAC). Авторам недавно опубликованной работы удалось показать корреляцию протон-нейтрон пар, основанную на взаимодействии с кварками и глюо- нами (рис. 6). С точки зрения современной элек- троники понимание магнитных свойств нейтрона стало основой для развития технологий магнитной записи информации. Точное знание магнитного момен- та нейтрона позволило создать сверх- чувствительные магнитометры и другие измерительные приборы, используемые в современной элек- тронике. Эта работа заложила теорети- ческие основы для развития ЯМР- технологий, которые сегодня исполь- зуются не только в электронике для анализа материалов, но также и в медицине (МРТ). Благодаря наличию магнитно- го момента у нейтрона дифракция нейтронов используется для изу- чения магнитных структур в кри- сталлах и сложных материалах. Это единственный инструмент, позволя- ющий напрямую исследовать магнит- ное упорядочение в магнетиках, что невозможно с помощью рентгенов- ских лучей. С помощью нейтронных методов удалось идентифицировать сложные спиральные и периодиче- ские магнитные структуры в новых материалах, что привело к созда- Рис. 6. Коррелированные пары протонов и нейтронов, выделенные фиолетовым цветом, взаимодействуют с кварками и глюонами [26]