Начало 1941 г. не предвещало никаких потрясений в жизни заведующего кафедрой экспериментальной физики физико-математического факультета Казанского университета Евгения Константиновича Завойского. В научной работе по-прежнему значились «старые темы». Были утверждены годовые академические нагрузки профессорско-преподавательского персонала физмата на 1941/42 уч. г.
Е.К. Завойский (1907-1976) – советский физик-экспериментатор, выпускник Казанского университета (1931), кандидат физико-математических наук (1933), доктор физико-математических наук (1945), Лауреат Сталинской премии третье степени (1949), Лауреат Ленинской премии (1957), Герой Социалистического Труда (1969), несколько раз был номинирован на Нобелевскую премию (1957, 1958, 1959, 1960, 1964 и 1976 гг.). Известен как первооткрыватель нового фундаментального явления – электронного парамагнитного резонанса (ЭПР).
Сегодня в рубрике #героинаучнойобороны пойдет речь о Е.К. Завойском и его открытии ЭПР в годы Великой Отечественной войны.
14 июня 1941 г. Е.К. Завойский составил отчет о работе кафедры за январь-июнь 1941 г., который содержал первые описания новых экспериментов, изменивших его дальнейшую судьбу: «В конце 1-го квартала 1941 г. основные темы по разделу колебаний были изменены. Причиной к этому послужили результаты работ Gorter`а, Rabi и др. по парамагнитной релаксации и определению магнитных моментов атомных ядер.»
Таким образом, Е.К. Завойский и его сотрудники в конце марта 1941 г. сменили традиционную тематику кафедры и факультета и начали совершенно новые для Казанского университета исследования по парамагнитной релаксации.
Предыстория ЭПР началась в 1895 г., когда французский физик П. Кюри впервые количественно исследовал магнитное поведение вещества в широком диапазоне температур. Затем были исследования О. Штерна и В. Герлаха, С.А. Гаудсмита и Дж. Уленбека и многих других. Первые исследования по поиску парамагнитной релаксации были сделаны голландским физиком К.Я. Гортером, который в 1936 г. опубликовал работу «Paramagnetic relaxation».
Е.К. Завойский был знаком с работами перечисленных выше ученых, когда в начале 1941 г. приступил к исследованиям в новой для себя области физики.
В архиве Музея-лаборатории Е.К. Завойского хранится лабораторный журнал экспериментов Евгения Константиновича за 1941 г. В частности, в нем имеются дневниковые записи лабораторных исследований по поиску ядерного магнитного резонанса (ЯМР) 22, 24-26, 29, 30 апреля, 7-9, 17, 18 мая, 5, 10, 14, 16, 19, 22 (война), 28 июня и обобщены некоторые результаты. Исследования были использованы в докладе «Новый метод измерения парамагнитной релаксации» (Казань, 20 декабря 1941 г.) и при написании первой его статьи «Новый метод исследования парамагнитной абсорбции» (Завойский Е.К. Новый метод исследования парамагнитной абсорбции [Текст]/Е.К. Завойский, С.А. Альтшулер, Б.М. Козырев//ЖЭТФ. – 1944. – Т.14. — №10-11. – с. 407-409).
22 июня 1941 г. началась Великая Отечественная война.
Для мобилизации сил и средств на отпор врагу и сосредоточения всей полноты военной и государственной власти в стране 30 июня 1941 г. был создан Государственный Комитет Обороны (ГКО) под председательством И.В. Сталина. По его указанию уполномоченным по науке был утвержден председатель Всесоюзного комитета по делам высшей школы профессор С.В. Кафтанов.
2 июля 1941 г. уполномоченным совета по эвакуации учреждений Академии наук СССР был утвержден вице-президент академик О.Ю. Шмидт. 16 июля он вылетел в Казань, чтобы подготовить предоставленные Академии помещения к прибытию оборудования, документации и людей. 11 августа в Казань прибыла первая группа сотрудников Ленинградского Физтеха, доставившая самое необходимое и ценное оборудование.
Во всей остроте встала проблема размещения научных работников и оборудования эвакуированных институтов и лабораторий. На переоборудование полученных помещений правительством было выделено свыше 1 млн. руб. В порядке уплотнения казанские вузы и учреждения предоставили приехавшим свои помещения. Большинство институтов были размещены в Казанском университете и могли использовать его оборудование. Это располагало к тесному общению сотрудников институтов и университета, приобщало студентов к творческой лаборатории академиков и профессоров, вводило в круг дискуссионных проблем. В общей сложности в 1941/42 уч. г. студентам КГУ читали лекции три академика, 4 член-корреспондента и 11 профессоров (ими было прочитано 724 часа лекций и проведено 48 часов практических занятий).
Были и неприятные случаи (вспоминает Е.К. Завойский): «Война; появление комиссии из Москвы (Л.А. Арцимович, М.С. Соминский, С.Ю. Лукьянов), разгром установки как «кустарного сооружения». […] Разрушить установку я не мог, так как мы потратили на ее сооружение более полутора лет, а подготовка нашей картины ЯМР продолжалась более двух лет, и с ней была спаяна целая жизнь троих (С.А. Альтшулер, Б.М. Козырев и я). Но угроза была приведена в исполнение, комната разгромлена, оборудование как мусор выброшено за дверь, а в комнате № 5 (площадь ~ 80 м2) более полутора лет взвешивался и раздавался хлеб для сотрудников ФТИ им. А.Ф. Иоффе».
Е.К. Завойский и С.Г. Салихов начали работать в группе член-корреспондента Академии наук СССР В.К. Аркадьева (ФИАН) над темой № 3 – разработка прибора № 1, для чего в здании университета была оборудована специальная лаборатория. Однако вскоре Е.К. Завойскому, как опытному электронщику и радиофизику, стала совершенно очевидна бесперспективность работы над этим прибором. 12 декабря 1941 г. он написал докладную записку инженеру, уполномоченного ГКО тов. С.Д. Клементьеву о невозможности применения массового излучателя для целей, предусмотренных техническими условиями. Естественно, после такой докладной Евгений Константинович решил уйти из лаборатории Аркадьева. Салихов, несмотря на уговоры, в лабораторию к Аркадьеву так и не перешел. Завойский продолжил работу в лаборатории.
Не менее важным делом в те годы была забота о топливе для университета, детских учреждений и госпиталей. Все военные годы студенты и преподаватели выгружали дрова с прибывших по Волге плотов и барж.
16 июня 1942 г. Евгений Константинович в составе бригады № 2 командируется на дровозаготовки сроком с 26 июня по 10 июля. Подробнее о об этом времени можно познакомиться в заметке директора Музея истории Казанского университета С.А. Фроловой «Лесной король» https://vk.com/museumskfu?w=wall-131150671_2607.
13 марта 1943 г. принято постановление о возвращении в Москву 75 ранее эвакуированных академических учреждений. Реэвакуация их в зависимости от важности и сложности перемещения была проведена в три этапа: первая – в середине мая, вторая – в июне, третья – в октябре. В частности, Институт физических проблем вернулся в июле. К октябрю 1943 г. в Москву возвратилось свыше 60 учреждений Академии наук, в том числе ее Президиум, 40 институтов и более 3100 научных сотрудников. Решением ГКО от 1 декабря 1944 г. из Казани в Ленинград было возвращено 7 институтов — физико-технический, радиевый, физиологии им. И.П. Павлова, ботанический, теоретической астрономии, институт литературы и Ленинградское отделение математического института.
В результате реэвакуации руководство кафедрами в университете было ослаблено. Зато, заметно улучшилось продовольственное обеспечение студентов и сотрудников. В 1944 г., например, столовая университета могла обеспечить двухразовым питанием около 400-450 человек. Около 200 человек пользовалось дополнительным питанием. В их числе были отличники, ударники и инвалиды войны. Однако трудности с продовольствием были еще велики. Постановлением СНК СССР от 5 мая 1942 г. наркомам и ведомствам, имевшим в своем ведении учебные заведения, предлагалось организовать подсобные хозяйства для улучшения питания и продовольственного снабжения. 11 сентября ВКВШ принял положение о подсобном хозяйстве при вузах, а 30 ноября был утвержден устав подсобного хозяйства при университете. 22 июня 1943 г. исполком Верхне-Услонского райсовета разрешил университету использовать 100 га пашни в деревне Лесные Моркваши. Первым заведующим подсобного хозяйства был назначен доцент, геолог Б.В. Селивановский. На сельхозработы выезжали большими группами по 40-50 человек. Сажали картофель, капусту, свеклу, морковь, турнепс, выполняли и другие работы.
16 апреля 1943 г. Е.К. Завойский написал заявление о приеме в докторантуру, а главное, определился с выбором темы для новой докторской диссертации: «Парамагнитная релаксация в области высоких температур и ультравысоких частот». Он решил продолжить исследования по исследованию парамагнитной релаксации, начатые в 1941 г.
С 11 мая по 30 августа 1943 г. Е.К. Завойский находился в селе Лесные Моркваши на сельскохозяйственных работах.
В конце 1943 г. Завойским было собрано несколько экспериментальных установок: принципиально они отличались тем, что в одной использовался электромагнит Дюбуа, в другой пара соленоидов для создания низкого магнитного поля (соответственно была понижена радиочастота до 10 мГц).
Также он ввел принципиальное усовершенствование установки: ввел низкочастотную модуляцию статического магнитного поля. Благодаря чему чувствительность метода возросла на порядок.
Были изучены металлы, соли марганца и меди в перпендикулярных и параллельных полях.
21 января 1944 г. Евгений Константинович запишет: «Обнаружено присутствие такого же максимума (пика) для MnSO4 в ^ поле. И его четкое перемещение по синусоиде при увеличении Н0. Смена знака Н0 ведет к смене направления перемещения пика. Картина очень четкая и легко повторяемая».
В этот день, 21 января 1944 г., как следует из архивных документов, Евгений Константинович Завойский впервые в мире, совершенно самостоятельно, наблюдал на осциллографе сигнал магнитного резонанса.
Роль в понимании, что Завойский открыл электронный парамагнитный резонанс сыграл профессор Яков Ильич Френкель (находившийся там, вместе с эвакуированными сотрудниками ЛФТИ). Дело в том, что Завойский, по Гортеру искал ядерный магнитный резонанс, но при обнаружении сигналов частоты и поля не совпадали. Тогда при обсуждении этого вопроса с Френкелем, они пришли к выводу, что Евгений Константинович наблюдал сигналы, обусловленные магнитным моментом электронов, а не ядер.
В диссертации Е.К. Завойский написал, что, если исходить из теории Френкеля, мы наблюдали электронный спиновой резонанс.
Весной 1944 г. Евгений Константинович закончил диссертацию «Парамагнитная абсорбция в перпендикулярных и параллельных полях для некоторых солей, растворов и металлов» и отправил её в Москву. Защита отложилась на конец 1944 г. и должна была проходить в Физическом институте им. П.Н. Лебедева АН СССР.
27 декабря 1944 г. в Институте физических проблем Академии наук СССР состоялся семинар, одной из тем которого была парамагнитная релаксация Е.К. Завойского. На семинаре присутствовали академики П.Л. Капица, Н.Н. Семенов, А.Ф. Иоффе, член-корреспондент Л.Д. Ландау, профессора и будущие академики Е.М. Лифшиц, А.И. Шальников, А.Б. Мигдал, Г.Н. Флеров, Э.Л. Андроникашвили. Несмотря на проведенные эксперименты, была высказана резкая критика Ландау в отношении теории Френкеля. П.Л. Капица вспоминал: «Когда Е.К. Завойский открыл в 1944 г. парамагнитный резонанс, то, приехав из Казани в Москву, он пришел в ФИАН. Его прогнали оттуда, сказав, что этого не может быть. Тогда я предложил ему у нас сделать прибор. За неделю сделали. Потом позвали фиановцев и показали: смотрите, вот ведь, штучка работает».
30 января 1945 г. в Физическом институте им. П.Н. Лебедева Академии наук СССР состоялась защита докторской диссертации Евгения Константиновича. Официальными оппонентами были: член-корреспондент Академии наук СССР Я.И. Френкель, доктор физико-математических наук, проф. Е.И. Кондорский, доктор физико-математических наук, профессор А.И. Шальников (Я.И. Френкель отсутствовал).
Защита прошла блестяще. За открытие ЭПР Завойскому была присвоена ученая степень доктора физико-математических наук и ученое звание профессора. В 1957 г. Е.К. Завойскому за открытие электронного парамагнитного резонанса была вручена Ленинская премия.
До 1947 г., Евгений Константинович в Казани проделал большой комплекс научных работ по исследованию ЭПР, независимо от Гриффитса наблюдал ферромагнитный резонанс.
В 1947 г. он был привлечен к научным исследованиям в Арзамас-16 (Саров) для работы над созданием атомного оружия.
Дело, начатое Е.К. Завойским, продолжили его соратники, члены-корреспонденты Академии наук СССР С.А. и Б.М. Козырев. Открытие метода ЭПР привело к выдающимся успехам в физике магнитных явлений, физике твердого тела, физике жидкостей, неорганической химии, минералогии, биологии, медицине и других науках. На основе явления резонансного поглощения СВЧ излучения создан, например, квантовый парамагнитный усилитель, использующийся для осуществления дальней космической связи.
В Казани есть улица Академика Завойского. С 1984 г. Казанский физико-технический институт Казанского научного центра Российской Академии наук носит имя Е.К. Завойского. В 1997 г в Казанском (Приволжском) федеральном университете, в мемориальной комнате, где был открыт электронный парамагнитный резонанс, был открыт Музей-лаборатория Е.К. Завойского.
В 2004 г. на площади перед физическим корпусом здания КГУ в рамках празднования 200-летия Казанского государственного университета сооружён бронзовый бюст Е.К. Завойскому.
В 1991 г. по инициативе профессора К.М. Салихова, благодаря поддержки Казанского физико-технического института им. Е.К. Завойского, Казанского (Приволжского) федерального университета, Правительства Республики Татарстан и издательства Шпрингер Вена Нью Йорк была учреждена Международная премия имени Е.К. Завойского. Премия им. Е. К. Завойского ежегодно присуждается за выдающийся вклад в применения или развитие электронного парамагнитного резонанса в любой области науки.
