Ю.Н. Демков

Основатель теоретической физики в Университете, академик В.А. Фок, непосредственно не занимался теорией атомных столкновений. Правда, известно, что он первый решил точно квантовую задачу о рассеянии заряженной частицы без спина в кулоновском поле методом разделения переменных в параболических координатах (см. курс Ландау и Лифшица). Однако, как рассказывал Владимир Александрович, когда он доложил эту работу в Гёттингене на семинаре Макса Борна, то встал Гордон и сказал, что он эту работу уже сделал и отправил статью в журнал (Zeitschrift für Physik). Владимир Александрович огорчился и никуда свою работу не послал. Когда же статья Гордона появилась, то оказалось, что она послана была после доклада Фока, и что решена она менее изящным способом в сферических координатах методом разложения по парциальным волнам...

Это второй случай, когда В.А. Фок пострадал от Гордона. Первый связан с так называемым уравнением Клейна-Гордона - бесспиновым предшественником уравнения Дирака. Действительно, Клейн был первым, но Фок - вторым, послал свою статью, когда статья Клейна еще не вышла, и включил в уравнения электромагнитное поле, тогда как Гордон был третьим и послал свою статью уже после выхода статьи Клейна. По справедливости, это знаменитое уравнение должно называться уравнением Клейна-Фока.

До, во время, и сразу после войны теория столкновений активно в Университете не развивалась, за исключением очень важной статьи В.А. Фокa и Н.М. Крылова о резонансном рассеянии, где рассматривались аналитические свойства амплитуды рассеяния и связь рассеяния с экспоненциальным распадом квазистационарного состояния.

Послевоенный период ознаменовался бурным развитием как общей теории столкновений, так и теории атомных и электронных столкновений. В работах Швингера и других было сформулировано знаменитое уравнение Липпмана-Швингера, введено понятие S-матрицы, исследованы её свойства. Гейзенбергом даже было высказано предположение о первичности понятия S-матрицы по сравнению с волновой функцией, поскольку в эксперименте приготовляются и измеряются частицы до и после столкновения, а сам процесс столкновения не наблюдаем (его наблюдение изменит сам процесс).

Экспериментальные возможности также резко возросли. В частности, из-за того, что электромагнитные установки для разделения изотопов, важные для создания атомной бомбы, оказались в дальнейшем не нужны и могли быть использованы для экспериментов по столкновениям. В Ленинградском Физико-техническом институте (ныне имени А.Ф. Иоффе) стали быстро развиваться опыты, использующие методы совпадений, когда регистрируются углы рассеяния и энергии обеих столкнувшихся частиц. Это позволило определить полные неупругие потери, связанные с возбуждением и ионизацией электронных оболочек, и обнаружить дискретную природу этих потерь.

Начало работ по теории атомных столкновений в ЛГУ связано с моей дипломной работой. Мой учитель - М. Г. Веселов - предложил мне рассмотреть задачу о перезарядке и прочесть для этого статьи Ландау и Зинера. Я прочел эти статьи (вторую - с трудом, так как не знал английского языка; статья Ландау была по-немецки, который я знал) и ничего не понял. Помог мне П.П. Павинский, который просто принес мне первоначальный черновик расчета по методу Бринкмана и Крамерса. Это сдвинуло меня с мёртвой точки, я усовершенствовал метод Палладия Палладиевича, придумал другой (адиабатический), написал приближённые формулы для сечения, рассчитал резонансную перезарядку для водорода и гелия и успешно защитился (1949). Дальше меня постигли разочарования. Я послал статью в Ученые записки ЛГУ, редакция горела, и работа вышла только в 1952 году, а за это время появились статьи Фирсова, Бейтса, Мессии и Стюарта, где те же идеи были опубликованы, и самолюбие молодого человека было очень задето. Я бросил заниматься перезарядкой (и зря, как потом стало ясно) и начал изучать вариационные принципы в теории столкновений, доказал теорему вириала, известную ранее только для связанных состояний, нашёл связь разных вариационных принципов, связь их с симметрией S-матрицы, её унитарностью, защитил кандидатскую диссертацию в 1954 году и написал монографию в 1958 году, переведённую в Англии в 1961 году.

Одновременно со мной (несколько раньше) на кафедру поступил Г.Ф. Друкарёв, тоже начал заниматься столкновениями электронов с атомами, предложил новые методы расчёта, и дальше мы работали часто совместно, руководили дипломантами, аспирантами, и можно считать, что начали эту тематику на кафедре.

В начале 60-х годов я снова вернулся к атомным столкновениям и написал работу по нерезонансной перезарядке, которую представил на 3-ю Лондонскую международную конференцию по электронным и атомным столкновениям (ICPEAC). Этой статье очень повезло, несмотря (а может быть, благодаря) на её простоту. Модель, предложенная там, успешно применялась для объяснения большого числа процессов и теперь часто называется моим именем (Demkov's coupling). Очень часто становятся более известными далеко не самые важные, глубокие и красивые полученные вами результаты...

Несколько позднее меня начал работать на кафедре В.И. Очкур, который занимается и сейчас электронными столкновениями. Им были предложены простые формулы для обменного рассеяния, известные сейчас под именем формул Очкура-Раджа.

Следующий этап моей работы связан с отрывом электрона при медленных столкновениях отрицательного иона и атома. К этим работам были привлечены В.Н. Островский, В.М. Бородин, И.В. Комаров, А.З. Девдариани и другие. Была предложена и исследована модель (вместе с В.И. Ошеровым, Е.Е. Никитиным, М.Я. Овчинниковой) взаимодействия одного состояния со множеством других, невзаимодействующих между собой. Эта модель развивается и в настоящее время и является важным развитием приближения Ландау-Зинера. Кроме того, с этим связано развитие нового метода - потенциалов нулевого радиуса - который мы развивали с В.Н. Островским, Г.Ф. Друкарёвым, Т.К. Ребане, М.Н. Адамовым и почти всеми вышеупомянутыми сотрудниками. Этот метод весьма универсален и применим практически ко всем задачам квантовой механики и квантовой химии. В 1975 году была написана монография В.Н. Островским и мною, переведённая А.М. Ермолаевым и изданная на английском языке в 1986 году.

Необходимо также отметить, что с теории столкновений, а именно, с исследования обратной задачи, началась деятельность академика Л.Д. Фаддеева, которому я читал лекции по теории столкновений в начале 50-х годов. Далее им было предложено знаменитое уравнение Фаддеева для задачи столкновений трёх частиц, и развилась большая ветвь теории столкновений, основанная на этом уравнении, признанная и используемая во всём мире.

Важным этапом развития столкновений в СССР, Ленинграде и Университете (а также, конечно, и в ЛФТИ) была 5-я Международная конференция по физике электронных и атомных столкновений (ICPEAC) в 1967 году. Мы с Г.Ф. Друкарёвым сделали там два ведущих доклада о достижениях и перспективах развития соответственно атомных и электронных столкновений, что было для нас большой честью (тем более, что Конференция проходила в Таврическом дворце). В это же время я защитил докторскую диссертацию и, кроме того, в Университет пришли деньги и ставки на развитие науки. М.Г. Веселов и Н.П. Пенкин (тогда проректор по науке) предложили создать лабораторию теории атомных столкновений, которую я возглавил. Многие из вышеперечисленных лиц вошли в неё и, кроме того, В.Д. Объедков и В.С. Рудаков, внесшие большой вклад в её работу. После этого работа лаборатории успешно развивалась. Мы активно участвовали в летних школах в Сухуми, Харькове, Ужгороде, Красновидове, Петрозаводске, Телави; во Всесоюзных конференциях в Ужгороде, Харькове, Петрозаводске, Тбилиси, Ленинграде, Риге; в Международных конференциях в Бостоне (7-я, 1969), Амстердаме (8-я, 1971), Белграде (9-я, 1973), Сиэттле (10-я, 1975), Париже (11-я, 1977), Киото (12-я, 1979), Берлине (13-я, 1981), Брайтоне (1987), Нью-Йорке (1989), Брисбэйне Австралия, 1991), Архусе (Дания, 1993). Выпущено 3 сборника работ лаборатории. Очень большую роль играл семинар лаборатории, который фактически стал общегородским. На нём часто обсуждались незавершённые работы, планы дальнейших работ, актуальные экспериментальные и теоретические работы, опубликованные другими авторами, часто ставились доклады гостей из Москвы и других мест, в том числе и иностранных ученых.

Из более поздних достижений ученых лаборатории следует отметить работы по столкновениям поляризованных частиц В.Д. Объедкова, рассеяние системой потенциалов нулевого радиуса и методы расчёта квазистационарных состояний В.С. Рудакова, теорию гармонического рассеяния Ю.Н. Демкова, Д.И. Абрамова, А.П. Щербакова, И.В. Комарова, рассеяние двумя кулоновскими центрами И.В. Комарова, рассеяние электронов молекулами А.К. Казанского, И.Ю. Юровой, расчёты передачи возбуждений при медленных столкновениях В.М. Бородина, применение геометрических методов в пространстве скоростей (Ю.Н. Демков) для обменных процессов Томаса и многоканальной кулоновской задачи, а также применение внутренней симметрии Фока для атома водорода для переходов между вырожденными состояниями, явления гигантской и кулоновской глории при рассеянии назад.

Успешно работает на кафедре оптики группа по теории столкновений в плазме под руководством бывшего сотрудника лаборатории А.З. Девдариани.

К сожалению годы перестройки, нестабильности, отсутствия денег, падения престижа фундаментальных исследований повлияли и на лабораторию. Сейчас как самостоятельная единица она перестала существовать. Безвременно ушли из жизни В.С. Рудаков, В.Д. Объедков, Г.В. Дубровский (один из моих первых аспирантов, профессор математико-механического факультета). Невосполнимой потерей для лаборатории была смерть Г.Ф. Друкарёва.

Многие сотрудники (Ю.Н. Демков, В.Н. Островский, Е.А. Соловьёв, А.К. Казанский, Д.А. Тельнов, Д.И. Абрамов и др.) постоянно выезжают за границу для участия в конференциях и научной работы.

С самого начала лаборатория работала в тесном контакте с другими центрами по столкновениям как в СССР, так и за рубежом, в частности, ЛФТИ, ФИАН, ИХФ, ОИЯИ, ИАЭ, Латвийский физический институт, Тбилисский госуниверситет, Сухумский ФТИ и другими.

Не уменьшающуюся роль физики электронно-атомных столкновений показывает стабильная с периодом в два года серия Международных конференций с числом участников 600-800 человек в течение более 35 лет.

Задача нынешнего поколения теоретиков - сохранить традиции школы В.А. Фока, сочетающей высокую культуру аналитических методов с современными компьютерными расчётами, что позволяет не только получить численные результаты, но и выяснить их физическую природу и выработать основные понятия теории - язык, позволяющий описывать и предсказывать новые физические явления.