Страницы жизни Ландау | страница 31
Статья Л. Д. Ландау и Ю. Б. Румера «Лавинная теория электронных ливней» — пример прямого и в то же время исключительно изящного подхода к вопросу. Соавторы получили уравнения, которые связывают изменения чисел электронов, позитронов и фотонов на единице длины с эффективными сечениями тормозного излучения. Был получен ряд интересных соотношений, как, например, зависимость числа частиц в ливне от глубины проникновения для любой заданной начальной энергии, энергетическое распределение на заданной глубине, а также рассмотрен вопрос о переходе ливня из воздуха в другие среды.
В последующих работах Ландау нашёл угловое распределение частиц в ливне, вычислил ширину ливня и рассмотрел вопрос о вторичных ливнях, вызванных мезонами.
Результаты каскадной теории ливней были проверены в многочисленных экспериментах и явились важным этапом в изучении космических лучей.
Работа в Институте физических проблем целиком захватила Дау. В институте царила деловая атмосфера. Она помогла Ландау создать одну из лучших его работ, посвящённую проблеме сверхтекучести жидкого гелия.
В 1937 году Пётр Леонидович Капица обнаружил у гелия парадоксальное свойство: при охлаждении до температур, близких к абсолютному нулю, жидкий гелий не только не становится твёрдым, но теряет вязкость, переходя в состояние сверхтекучести. Абсолютный нуль — температура, при которой хаотическое движение атомов прекращается. Следовательно, при абсолютном нуле все тела должны быть твёрдыми. Жидкий гелий — единственное вещество, которое не затвердевает при абсолютном нуле.
П. Л. Капица (пятый справа) в лаборатории Л. В. Шубникова (третий справа). Л. Д. Ландау — крайний слева.
Попытки построить теорию сверхтекучести оставались неудачными до тех пор, пока объяснить явление сверхтекучести не взялся Ландау. Он доказал, что состояние тела может меняться без поглощения или выделения тепла. Бурно кипящий при нормальном давлении гелий-I при абсолютном нуле переходит в новую модификацию — спокойный сверхтекучий гелий-II. Ландау применил к гелию-II квантовую теорию, объяснившую все явления сверхтекучести: в жидком гелии при температуре близ абсолютного нуля часть жидкости не сохраняет теплового движения. Но это невероятно! Ведь атомы жидкого гелия одни и те же. Одно вещество ведёт себя так, словно оно состоит из двух компонентов!
Один из компонентов гелия-II Ландау назвал сверхтекучим, ибо вязкость его равна нулю, другой — нормальным. Поразительно то, что сверхтекучий, движущийся компонент не переносит никакого тепла — оно остаётся как бы оторванным от массы вещества, выделенным в чистом виде: сверхтекучая часть жидкости может уйти, а её нормальный компонент, то есть тепло, останется. Предсказания теории Ландау подтвердились многочисленными экспериментами. В частности, в опыте Доунта и Мендельсона из предельно узкой щели вытекала жидкость более низкой, чем в сосуде, температуры. Тайна жидкого гелия была разгадана.
