Всегда в поиске: Per aspera ad astra!

Михаил Исаакович Дайон^*

К истории ФИАН

Михаил Исаакович Дайон, рядом с которым я работал почти пятьдесят лет, был талантливым физиком-экспериментатором, создателем новых методов исследования космических лучей и элементарных частиц. Наша небольшая лаборатория, сформированная и выпестованная Артёмом Исааковичем Алиханяном, которая в 1951 оказалась в стенах Физического института им. П.Н. Лебедева Академии наук (ФИАН), обязана М.И. Дайону очень многим. Он был из тех, кто определял научное лицо лаборатории, её успехи и достижения. Ему досталась нелёгкая обязанность постоянно замещать А.И. Алиханяна во время его частых и продолжительных поездок в Армению, где он возглавлял Ереванский Физический институт (ЕрФИ) и две высокогорные научные станции: «Арагац» и «Нор-Амберд».

Михаил Исаакович Дайон

М.И. Дайону принадлежит основная заслуга в спасении нашей лаборатории после кончины А.И. Алиханяна, когда дирекция ФИАН пыталась лабораторию упразднить: включить её в состав Лаборатории космических лучей и полностью изменить её тематику. Именно твёрдая, несгибаемая позиция Михаила Исааковича позволила предотвратить такое развитие событий и сохранить самостоятельность, традиции и научные направления нашей лаборатории. При этом, будучи человеком скромным, лишённым наполеоновских амбиций, он не претендовал на формальное руководство ею, и сам предложил на вакантную должность заведующего лабораторией «варяга» в лице В.А. Царёва.

Я долго не мог отважиться писать о М.И. Дайоне. Мешали прошлые обиды, и понадобилось время, чтобы они сгладились, улеглись, забылись. Эти обиды проистекали из его непростого тревожно-мнительного характера, его недоверия к людям, его закрытости. Он редко улыбался. Мне кажется, не имел близких друзей, во всяком случае, в нашей лаборатории. Ко мне он тоже относился недоверчиво, даже с некоторой подозрительностью, всегда держал дистанцию. Помню, я порекомендовал для работы в его научной группе молодого специалиста выпускника Московского инженерно-физического института (МИФИ) В.А. Рябова. Спустя некоторое время Михаил Исаакович сказал мне: «Я боялся, что Вы подсунете слабого сотрудника, но он проявил себя очень хорошо»!

М.И. Дайон был выдержан, вежлив, безупречно порядочен, справедлив, умел воздавать должное заслугам других. Тем не менее, обидевшись, мог взорваться до крика и даже иногда выражал свои бурные чувства крепкими словами. Однажды А.И. Алиханян со смехом рассказал, как в пылу ожесточённого спора с нашей сотрудницей Н.В. Шостакович Михаил Исаакович, сгоряча, несколько раз называл её именем своей «любимой» тёщи.

Михаил Исаакович Дайон родился в разгар Гражданской войны 23 июня 1918 г. в Воронеже в семье аптекарского служащего. Год спустя через город маршем двигался с юга России на Москву кавалерийский казачий корпус Добровольческой Белой армии под командованием генерала Шкуро. Внимание генерала, который возглавлял конную колонну, привлекла молодая женщина, гулявшая по улице с симпатичным сероглазым младенцем. Поравнявшись с нею, генерал, не слезая с седла, наклонился, взял ребёнка на руки, несколько раз покачал его, демонстрируя благие помыслы Белого движения, перекрестил и вернул матери… Через много лет М.И. Дайон со слов своих родных рассказал нам об этом эпизоде с его участием. Корпус Шкуро был разгромлен под Орлом и до Москвы не дошёл. Впоследствии, заполняя обязательную для поступающих в ФИАН анкету, Михаил Исаакович написал: «В Белой армии не служил…», что, как мы видим, было чистейшей правдой.

В том же 1919 г. он осиротел: внезапно умер отец. В 1924 г. мать окончила Воронежский медицинский институт, а в 1927 г. они вдвоём переехали в Ленинград, где жили их родственники. По окончании средней школы-девятилетки в 1935 г. семнадцатилетнего Мишу Дайона как победителя городской физической олимпиады зачислили на физико-математический факультет Ленинградского университета, помещавшегося со старинным зданием двенадцати коллегий у стрелки Васильевского острова. Длинный университетский коридор студенты-физики прозвали «арестометром». В 1937-1938 гг. портреты, висевшие на его стенах, постоянно менялись, безошибочно указывая, кто из вождей впал в немилость и арестован. Студент Михаил Дайон, долго ожидавший приёма в комсомол, по-видимому, не проявил себя рьяным общественником и был отчислен из кандидатов в ряды ВЛКСМ. К счастью, это не имело для него пагубных последствий.

В 1940 г. Михаил Исаакович окончил Ленинградский университет и получил место ассистента на одной из кафедр Физического факультета. В этой должности он проработал всего год. Грянула Великая Отечественная война, и ему пришлось осваивать далеко не мирную профессию. 8 августа 1941 г. младший лейтенант Михаил Дайон стал командиром огневого взвода, а затем и командиром батареи зенитной артиллерии на подступах к Ленинграду. Основной костяк его подчинённых составляли девушки, в прошлом, студентки Ленинградских ВУЗов. Командовать ими было очень не просто. В армии он прослужил до весны 1946 г.

Как-то я спросил, много ли немецких самолётов сбила его батарея. «Может быть, один или два», – признался Михаил Исаакович. В ответ на удивлённый возглас о низкой эффективности артиллерийского огня он пояснил: – «Тогда ведь не было радаров, главной задачей зенитчиков было вести заградительный огонь, который заставил бы вражеские самолёты повернуть назад». Он имел всего две наградные медали: «За оборону Ленинграда» и «За победу над Германией в Великой Отечественной войне 1941-1945 гг.». Рассказывать о войне, её тяготах и мерзостях М.И. Дайон не любил.

Однажды, получив увольнительную в Ленинград, он случайно встретил на улице своего однокашника А.О. Вайсенберга, работавшего до войны в Ленинградском физтехе вместе с братьями Алихановыми. А.О. Вайсенберг посоветовал Михаилу Исааковичу написать им по поводу устройства на работу в их московскую Теплотехническую лабораторию № 3, которая впоследствии была преобразована в Институт теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ). В результате, по ходатайству А.И. Алиханяна, 15 мая 1946 г. через год после окончания войны М.И. Дайон был демобилизован из армии и направлен на работу в Москву. В Ленинграде его уже ничего не удерживало. Мать умерла в 1944 г., не пережив голода блокады.

В Москве он нашёл то, что искал. Под руководством А.И. Алиханяна М.И. Дайон приступил к исследованиям космических лучей, которые были одним из немногих мирных направлений ядерной физики того времени. Поскольку космические лучи поглощаются в атмосфере Земли, измерения велись на высоте 3250 м в горах на высокогорной научной станции «Арагац» близ Еревана. В Москве готовили научную аппаратуру и обрабатывали результаты измерений.

Вскоре группу физиков, руководимую А.И. Алиханяном, передали из Теплотехнической лаборатории в Институт физических проблем (ИФП). Его создатель и первый директор академик П.Л. Капица в то время находился в опале и был вынужден заниматься наукой на своей подмосковной даче в посёлке Николина гора. (Поэтому все документы того времени, хранящиеся в личном деле М.И. Дайона, подписаны заменявшим П.Л. Капицу будущим президентом Академии наук А.П. Александровым.) Лаборатория А.И. Алиханяна тайно помогала П.Л. Капице приборами и материалами. С начала 1951 г. она вошла в состав ФИАН.

Первая научная публикация М.И. Дайона касалась разработки и изучения свойств малоэффективных счётчиков. От обычных счётчиков Гейгера-Мюллера они отличались тем, что вероятность их срабатывания (эффективность) под действием быстрых однозарядных частиц была меньше единицы, т.е. они допускали просчёты. Обычно термин «малоэффективный» воспринимается в негативном смысле. Однако, как известно, недостатки суть продолжения достоинств. Эффективность этих счётчиков зависела от ионизирующей способности частиц, что позволяло её измерять. Это оказалось важным, например, для идентификации протонов космических лучей, ионизирующая способность которых возрастала при торможении в веществе. Через много лет мы использовали тот же метод для прецизионных измерений первичной удельной ионизации, производимой быстрыми однозарядными частицами в благородных газах. Но вместо малоэффективных счётчиков использовалась уже более совершенная методика: искровая камера низкого давления.

С помощью магнитного спектрометра М.И. Дайон и его коллеги экспериментально доказали присутствие протонов в потоке космических лучей на высоте 3250 метров над уровнем моря, а также измерили их интенсивность и энергетический спектр. Тем самым была решена важная научная проблема того времени, касающаяся состава космического излучения. Ей М.И. Дайон посвятил свою кандидатскую диссертацию, которую успешно защитил в 1950 г. спустя всего 4 года после возобновления прерванной войной научной деятельности. 

В середине 1940-х годов число известных элементарных частиц материи можно было пересчитать по пальцам одной руки. Кроме протона, нейтрона, электрона и позитрона имелся ещё лишь мюон. Нейтрино считалось гипотетической частицей, пион был открыт С. Пауэллом лишь в 1947 г. Попытки определить состав космических лучей путём измерения импульса (по кривизне траекторий в магнитном поле спектрометра и длине пробега ионизационного торможения в веществе) были предприняты в 1948– 1949 гг. и на Арагаце. Они привели к сенсационным результатам. По мнению авторов, эксперименты указывали на существование нескольких новых элементарных частиц, названных варитронами. Увы, эти выводы оказались ошибочными и были вызваны как переоценкой точности измерений, так и недооценкой того, что механизм торможения частиц в веществе не всегда носил ионизационный характер. Несколько позже в этой драматической коллизии удалось разобраться, применяя более совершенные методы измерений, в создании которых участвовал и М.И. Дайон.

В 1950 г. в «Журнале теоретической и экспериментальной физики» прошла дискуссия о варитронах, но оппонентам убедить друг друга не удалось. Как рассказывал А.И. Алиханян, по следам этой дискуссии в Отделе науки Центрального комитета партии было принято решение, в котором учёным предписывалось «срочно разобраться, какие существуют элементарные частицы, и каковы их свойства»(?!).

Высокогорная научная станция «Арагац» (3200 м над уровнем моря).

Убедиться, что торможение частицы имеет ионизационный характер, можно было путём измерения плотности её следа перед остановкой в веществе. Для этого оказалось удобным использовать камеру Вильсона: трековый детектор, позволяющий фотографировать следы, образованные при конденсации паров водно-спиртовой смеси на ионах, которые создаются на траектории заряженной частицы. Разработкой такого прибора М.И. Дайон вместе с В.М. Фёдоровым занимались в 1952– 1953 гг. Им удалось сконструировать и изготовить камеру Вильсона объемом около 40 л с медными пластинами внутри. В отличие от своих аналогов она имела двухстороннее расширение и освещение «на просвет», облегчавшее фотографирование треков. Утолщение следа при торможении частицы в пластинах и отсутствие дочерних продуктов свидетельствовали, что она теряла свою энергию только на ионизацию. Камера была установлена на Арагаце под магнитным спектрометром. Её применение заметно повысило достоверность экспериментов. Михаил Исаакович гордился этим достижением. Однако, высоко оценивая вклад В.М.Фёдорова, поставил его на первое место в списке авторов публикации.

Увеличение плотности следа при замедлении частицы было видно невооружённым глазом, но Михаил Исаакович полагал, что оно нуждается в объективной оценке. Он предложил мне заняться этой проблемой и разработать способ измерения плотности следов с помощью микрофотометра. Так появилась наша первая совместная печатная работа, опубликованная в 1955 г. в журнале Известия Академии наук. Наша следующая статья открывала первый выпуск нового журнала «Приборы и техника эксперимента», который начал выходить с 1957 г. и где впоследствии часто публиковались мы оба.

Следы космических частиц в камере Вильсона с медными пластинами,

созданной М.И. Дайоном и В.М. Фёдоровым и установленной под магнитным

спектрометром на Высокогорной научной станции «Арагац» (1953 г.) 

Июль 1954 г. по нездоровью мне пришлось провести в подмосковном санаторий «Поречье». Там я познакомился с ровесником ленинградцем Юрием, красивым барственного вида парнем, фамилия которого, как оказалось, совпадала с девичьей фамилией моей матери. На этом основании у Юрия возникло предположение о нашем отдалённом родстве. Узнав, что я из ФИАНа, он сообщил, что там же работает его двоюродный брат М.И. Дайон.

По возвращении в Москву, я в присутствии В.М. Фёдорова рассказал Михаилу Исааковичу о встрече с Юрием и пошутил на счёт того, не являемся ли мы с ним дальними родственниками. Он не на шутку рассердился и, когда мы остались одни, в резкой форме отчитал меня, напомнив о выступлении на съезде партии секретаря Свердловского райкома Москвы Е.А. Фурцевой. Она жёстко критиковала ФИАН за то, что там якобы работает много родственников. Я был смущён упрёком М.И. Дайона, но пришлось признать его правоту. Позже, моя тётя, врач по профессии, которая в 1920-е годы училась в Воронежском медицинском институте, подтвердила наше дальнее родство и рассказала, что по приезде в Воронеж она некоторое время гостила в семье М.И. Дайона. Впрочем, на наши отношения эти обстоятельства не повлияли, и никто из нас более о них никогда не вспоминал.

В те же годы, используя возможности магнитного спектрометра, Михаил Исаакович выполнил детальные исследования электронов и мюонов космических лучей. Он измерил спектр энергии электронов на высотах гор и экспериментально изучил развитие электронно-фотонных каскадов в тяжелом веществе. При этом была подтверждена справедливость каскадной теории, описывающей развитие электромагнитных ливней. Спектр и интенсивность космических мюонов были измерены как на уровне моря, так и под землёй на глубине 40 м водного эквивалента. Было показано, что ослабление потока мюонов с глубиной следует предсказаниям теории ионизационного торможения заряженных частиц в грунте.

Артём Исаакович Алиханян настаивал, чтобы в проблеме варитронов мы разобрались сами внутри нашей лаборатории. Памятуя это, я решил провёсти стереоскопический анализ фотографий следов в камере Вильсона для тех частиц, которые считались кандидатами на варитроны. Результат оказался ошеломляющим: из 16 кандидатов только один удовлетворял строгим критериям отбора. Измерить длину пробега, а следовательно, и массу для остальных 15 частиц было невозможно, поскольку они уходили в стеклянные окна или в дно камеры Вильсона. Свои выводы я изложил в форме отчёта и передал его А.И. Алиханяну. На следующий день, с волнением ожидая встречи с ним, я увидел в коридоре ФИАН Михаила Исааковича, и мне захотелось всё ему рассказать. В ответ он громко закричал на меня: «Неужели Вы не понимаете, что это было известно и до Вас! Зачем Вы выпячиваете свои заслуги!?». Стало ясно, что невольно я посыпал соль на его старые раны: он и без меня прекрасно понимал ситуацию. Больше в нашей лаборатории разговоры о варитронах не поднимались, а эти работы из списка своих публикаций Михаил Исаакович исключил.

Кстати, в его личном деле хранится копия Решения Учёного совета ФИАН от 29 июня 1953 г. о присвоении ему учёного звания старшего научного сотрудника. К моему великому изумлению, лишь 10 из 18 членов Учёного совета проголосовали «за». Научное сообщество не прощает учёным их ошибки. Несомненно, это было эхом участия М.И. Дайона в работах по варитронам. Восемь лет спустя он был избран на одноимённую должность старшего научного сотрудника почти единогласно (20 «за» при только одном воздержавшемся).

В начале 1960-х годов Михаил Исаакович, в поисках новых методов регистрации заряженных частиц, занялся разработкой детектора, получившего название искрового счётчика, или искровой камеры. Идеи создания такого прибора буквально витали в воздухе. От него ждали более высокой точности измерений координат прохождения частиц, чем давали самые тонкие счётчики Гейгера-Мюллера диаметром 4-5 мм, которые использовались в магнитных спектрометрах. Наиболее заманчивыми и простыми казались воздушные плоскопараллельные искровые счётчики, способные без герметизации работать на открытом воздухе. Михаил Исаакович с энтузиазмом отдался решению этой задачи. Выяснилось, однако, что присутствие кислорода, молекулы которого с легкостью захватывают электроны ионизации, заметно затрудняет развитие разряда вдоль траектории частицы. Более того, образуемые при этом фотоны выбивают новые электроны с катода искрового счётчика и инициируют ложные разряды вдали от места прохождения частицы. Михаил Исаакович построил первый в мире искровой магнитный спектрометр на воздушных искровых счётчиках. Эта идея широко использовалась в дальнейшем, в том числе и в нашей лаборатории. Наполнение искровых детекторов инертными газами (гелием, неоном, аргоном) позволило снять проблему ложных разрядов и обеспечить точность локализации частиц около 100 мкм (при нормальном давлении газа), т.е. на порядок лучше, чем давали счётчики Гейгера– Мюллера. Вслед за этим М.И. Дайон инициировал исследования искровой камеры высокого давления (8 атм) и предложил мне их возглавить. Здесь, благодаря сокращению диффузии электронов на треке с ростом давления, нами была достигнута рекордная по тем временам координатная точность около 30 мкм.

Особо ощутимый эффект дало применение в экспериментах, так называемых, широкозазорных искровых камер с разрядным промежуткам несколько сантиметров и более. В этих камерах искра точно повторяла прямолинейную траектории частицы. Возникал вопрос: будет ли искра следовать вдоль винтовой траектории в магнитном поле? Ответ мог дать только эксперимент. И он был подготовлен М.И. Дайоном к декабрю 1968 г. на высокогорной научной станции «Нор-Амберд». Однако перед новым годом его неожиданно вызвали по семейным делам в Москву, и эксперимент был проведен в его отсутствие А.И. Алиханяном и Т.Л. Асатиани. В 1970 г. за этот результат его авторы вместе с создателями стримерной искровой камеры Б.А. Долгошеиным, Б.И. Лучковым, Г.Е. Чиковани и В.Н. Ройнишвили были удостоены Ленинской премии по физике. Тем самым, заслуженная награда из рук Михаила Исааковича ускользнула. Думаю, что, он глубоко переживал случившееся, и, скорее всего, это и было причиной, почему впоследствии он долго отказывался писать воспоминания для мемориального сборника, посвящённого А.И. Алиханяну.

Высокогорная научная станция «Нор-Амберд» (высота 2000 м).

Следы частиц в широкозазорной искровой камере с разрядным промежутком 40 см (магнитное поле 10 Тл).

Слева: в плоскости магнитного отклонения; справа: в боковой плоскости, параллельной магнитному полю

Достижения в развитии искровой методики были отражены в монографии «Искровые камеры» (Москва, Атомиздат), вышедшей в свет в 1967 г., где Михаил Исаакович выступил одним из соавторов. Двумя годами позже по результатам своих исследований космических лучей и итогам развития новых экспериментальных методов он успешно защитил докторскую диссертацию.

Размышляя о возможностях, которые открывает высокая координатная точность искровых камер, Михаил Исаакович сформулировал принцип целеуказания, ныне широко используемый в экспериментах по физике высоких энергий. Продолжение следа частицы, зарегистрированной искровыми камерами, в мишень, откуда она пришла, позволяет определить точку её рождения. Это особенно важно, если мишенью служит ядерная фотоэмульсия. Тогда эту точку легко найти без долгого и утомительного просмотра на микроскопе, что позволяет изучать процессы рождёние вторичных частиц. Принцип целеуказания был проверен М.И. Дайоном экспериментально и успешно применялся с его участием в эксперименте Е-128 на ускорителе У-70, о чём подробнее говорится ниже.

Наступила пора, когда искровые детекторы оказались востребованы в исследованиях по физике элементарных частиц. В 1968 г. началась подготовка к совместному прецизионному эксперименту ИТЭФ и ФИАН по измерению вероятностей мод распада положительно заряженного каона (К⁺), в том числе его редкого радиационного распада на мюон, нейтрино и гамма-квант. Последний можно было наблюдать по двум электронно-позитронным парам, возникавшим при его конверсии.

Для этой цели М.И. Дайон вместе с молодым сотрудником его группы С.А. Крыловым и другими разработали стримерную камеру с пластинами из тяжелого свинцового стекла, где происходила конверсия фотона. (В стримерных камерах траектория частицы выглядит как цепочка коротких искр (стримеров) и напоминает следы в камере Вильсона.) При разработке стримерной камеры пришлось решить ряд сложных технических задач, связанных, в частности, с искажением формы треков из-за электризации пластин под действием высоковольтного импульсного электрического поля.

Схема магнитного спектрометра со стримерными камерами для изучения распадов каонов.

М_i отклоняющие магнит; К свинцовый конвертер; С_i сцинтилляционные счетчики;

DGC, С^v_i черенковские счетчики; SC и MSC стримерные камеры

Фотография следов К⁺ мезонов в обычной стримерной и многопластинной стримерной камерах

Стримерная камера была частью сложного экспериментального комплекса, содержавшего магнитный спектрометр, ливневые искровые камеры, сцинтилляционные и черенковские счётчики. Каоны генерировались в мишени, облучённой протонами с энергией 10 ГэВ ускорителя ИТЭФ. Было зарегистрировано более 100000 искомых событий. Это позволило с высокой статистической точностью определить относительные вероятности различных каналов распада каона, в том числе и вероятность (5,8 ± 3,5) х 10^-3) радиационного распада. Полученные результаты заслужили всеобщее признание и вошли в Международные таблицы свойств элементарных частиц. Однако основное значение проведенных исследований состоит в обнаружении радиационного распада каона и измерении его вероятности.