Уго Фано

Уго Фано

Ugo Fano

Дата рождения

28 июля 1912 года

Место рождения

Турин, Италия

Дата смерти

13 февраля 2001 года

Место смерти

Чикаго, США

Известен как

резонанс Фано, эффект Фано, механизм Фано — Лихтена

Уго Фано (итал. Ugo Fano) — итальянский и американский физик-теоретик и биофизик.

Научная карьера

Родился 28 июля 1912 года в Турине в обеспеченной семье. Еврей. Его отец — Джино Фано. Брат — Роберт Фано. Уго был назван в память деда, сражавшегося на войне за объединение Италии в войсках Джузеппе Гарибальди.

Будучи членом семьи учёных Фано в 12 лет узнал от отца о боровской модели атома. Среди школьных друзей Фано был Сальвадор Лурия.

Во время учёбы в Туринском университете, старший кузен Фано — Джулио Рака — убедил его заняться физикой и познакомил с Энрико Персико, под руководством которого в 1934 году Фано защитил докторскую диссертацию по математике. Затем Персико устроил Фано на работу в группу Энрико Ферми, и Уго Фано переехал в Рим, где его непосредственным наставником стал Эдоардо Амальди.

В 1935 году посетил Гёттинген и Копенгаген, где познакомился с такими учёными, как Нильс Бор, Арнольд Зоммерфельд, Эдвард Теллер и Георгий Гамов.

В том же 1935 году была выполнена под руководством Ферми первая важная работа учёного, касавшаяся интерпретации формы некоторых спектральных линий благородных газов, наблюдавшихся в спектральном континууме Гансом Бойтлером и называемых ныне линиями Бойтлера — Фано.

В 1936 году Фано отправился на 2 года в Лейпцигский университет, где работал под руководством Вернера Гейзенберга над некоторыми проблемами теории атомного ядра.

После возвращения в Италию некоторое время работал в Риме преподавателем, но дискриминация евреев вынудили Фано и его невесту Камиллу (Лиллу) Латтес эмигрировать.

В феврале 1939 года Фано с Камиллой приняли крещение и были обвенчаны католическим священником, после чего Лилла отправилась в Аргентину, тогда как Фано сначала заехал в Париж, а затем присоединился к Камиле. Получив американские визы они в июне того же 1939 года прибыли в Нью-Йорк в США.

В Америке сначала работал в Вашингтонском институте биофизики, затем перешёл в лабораторию Института Карнеги в Колд-Спринг-Харбор, где вошёл в группу Милислава Демереца и занимался приемущественно радиобиологией. Интерес Фано к биофизике и генетике восходил к семинару Паскуаля Йордана, прошедшему в Риме в 1938 году. Учёный много общался с Максом Дельбрюком, которого познакомил с Сальвадором Лурией.

Вступление США во Вторую мировую войну внесло новые изменения в судьбу Фано. Так как жена Фано была беременна, он был освобождён от призыва, но затем перешёл на работу в Баллистическую лабораторию на Абердинском испытательном полигоне, штате Мэриленд, где занимался проблемами эффективности вооружений и составлял инструкции для военно-воздушных сил по выбору лучшего оружия для конкретных целей. Вскоре жена Фано с новорожденной дочерью Мэри присоединилась к нему в Абердине.

В 1945 году Фано получил гражданство США.

После войны на год покинул Колд-Спринг-Харбор, чтобы поработать в Колумбийском университете над физическими основами биологических эффектов радиации, однако в процессе работы глубоко заинтересовался природой самих элементарных процессов, протекающих при воздействии излучения на атомы и молекулы.

В 1946−1966 годах работал в Национальном бюро стандартов в Вашингтоне. Через несколько месяцев после переезда в Вашингтон у Фано родилась вторая дочь, Вирджиния.

В 1947 году ввёл показатель (фактор Фано), определяющий отклонения от средней эффективности ионизации, которая вызывается в среде излучением, а в 1954 году совместно с Л. Спенсером проанализировал энергетический спектр при замедлении быстрых электронов в среде.

В 1948 году с женой посетил Италию.

В 1950-е годы вышло две книги Фано: первая, написанная совместно с женой, также физиком по образованию и учителем по профессии, была посвящена педагогически правильному изложению основ атомной физики; в другой, написанной с Джулио Рака, излагалась теория групп для углового момента и методы её использования в физике атомных и ядерных столкновений. Эта монография стала, в свою очередь, основой для книги, вышедшей в 1996 году за авторством Фано и его ученика Рави Рау и посвящённой симметрии в квантовой физике.

В 1957 году внёс существенный вклад в популяризацию концепции матриц плотности и операторных представлений (уравнение Лиувилля) в атомной и молекулярной физике, продемонстрировав силу этих подходов.

В 1961 году вернулся к общей проблеме формы линий, соответствующих возбуждению высокоэнергетических состояний, и ввёл параметр асимметрии линии. Данная идея была использована Фано 2 года спустя для объяснения странных спектральных линий гелия, наблюдавшихся при его облучении синхротронным излучением, за счет возбуждения сразу двух электронов в квазидискретные состояния, лежащие в континууме.

В 1965 году Фано вместе с У. Лихтеном дал объяснение процессам перехода кинетической энергии сталкивающихся атомов в энергию возбуждения электронов (механизм Фано — Лихтена). Данный механизм имеет большое значение для теории химических превращений.

В 1966−2000 годах работал в Чикагском университете, в 1972−1974 годах возглавлял физический факультет, а в 1982 году получил звание почётного профессора. В Чикагском университете Фано руководил большим числом студентов и аспирантов, со многими из которых продолжал сотрудничество и после их перехода в другие организации. Фано активно занимался общественной деятельностью: работал консультантом Международной комиссии по радиационным единицам и измерениям и Национального совета по радиационной защите и измерениям, привлекал внимание научного сообщества к радиационной биологии, необходимости строительства источников синхротронного излучения и повышения качества научной коммуникации. Занимался выделяются теория квантового дефекта, ставшая в результате их деятельности мощным подходом к анализу сложных спектров, и теория углового распределения электронов, рассеиваемых на разных объектах.

В 1969 году предсказал спиновую поляризацию электронов, испускаемых атомами под действием света с круговой поляризацией. Это явление — эффект Фано — применяется при исследовании структуры различных материалов с помощью поляризованных электронов.

В 1990−1995 годах — помощник редактора журнала «Reviews of Modern Physics».

Основные исследования посвящены атомной и ядерной физике, спектроскопии, радиационной биологии и генетике. Фано принадлежит ряд крупных достижений в области теории взаимодействия электромагнитного излучения и заряженных частиц с веществом. Идея асимметричного резонанса Фано, возникающего за счёт интерференции континуума и дискретного состояния, оказалась плодотворной в атомной физике и в физике конденсированного состояния, физике квантовых точек, оптике; аналогичное явление «резонанса формы» известно в ядерной физике. Изучение дважды возбуждённых состояний привело Уго к идее коллективных квантовых чисел и координат (в частности, гиперсферических), которые оказываются более адекватными для описания систем скоррелированных частиц, чем координаты и квантовые числа отдельных электронов. Развитие данного подхода оказалось своевременным, так как в 1960-е годы стала активно исследоваться наименее изученная область между ближним ультрафиолетом и рентгеновскими частотами, куда попадают спектры многократно возбуждённых атомов и молекул, а процессы одновременного возбуждения нескольких электронов дают качественно иную картину, нежели возбуждение лишь одного электрона. Позднее данная методика применялась учёным сотрудниками к анализу воздействия электрического и магнитного полей на сильно возбуждённые ридберговские состояния атомов. Установил теорему Фано о том, что поток вторичных частиц не зависит от вариаций плотности в объёме, заполненном первичным излучением. Этот факт играет важную роль в дозиметрии и использовался в Национальном бюро стандартов для расчёта параметров торможения частиц в разных средах. В группе Демереца изучал воздействие рентгеновского излучения на яйца мух-дрозофил. Под влиянием исследований Дельбрюка с бактериофагами, Фано занялся данной темой, итогом чего стало открытие устойчивых к вирусам мутантов кишечной палочки. Опыт работы в области радиобиологии привел учёного к осознанию недостаточности чисто статистической теории мишеней для описания воздействия радиации на биологические объекты и необходимости заняться детальным изучением атомно-молекулярных процессов, происходящих при попадании энергичной заряженной частицы в среду. Среди результатов, полученных Фано в этом направлении, выяснение причин, по которым некоторые вещества могут увеличивать или уменьшать радиационные повреждения, и определение времени, нужного клетке для восстановления от повреждения.

Умер 13 февраля 2001 года в Чикаго, штат Иллинойс.

Труды

• Fano U., Fano L. Basic physics of atoms and molecules. — NY: Wiley, 1959.
• Fano U., Racah G. Irreducible tensorial sets. — NY: Academic Press, 1959.
• Фано У., Спенсер Л., Бергер М. Перенос гамма-излучения. — М.: Госатомиздат, 1963.
• Fano U., Fano L. Physics of atoms and molecules: An Introduction to the structure of matter. — Chicago: Chicago University Press, 1972. Перевод: У. Фано, Л. Фано. Физика атомов и молекул. — М.: Наука, 1980.
• Fano U., Rau A.R.P. Atomic collisions and spectra. — NY: Academic Press, 1986.
• Fano U., Rau A.R.P. Symmetries in quantum physics. — NY: Academic Press, 1996.

См. также

• Евреи в физике