Черенков, Франк, Тамм: от голубого свечения к новейшим медицинским технологиям

У истории отечественных научных открытий, отмеченных Нобелевской премией, и современной борьбе с онкологическими заболеваниями в Курской области есть глубокая и красивая связь. Сегодня мы поговорим о том, как фундаментальное научное открытие, рожденное в чистой любознательности, спустя десятилетия дарит надежду и здоровье людям прямо здесь и сейчас.

В 1958 году советские ученые Павел Черенков, Илья Франк и Игорь Тамм получили Нобелевскую премию по физике за открытие и объяснение эффекта, который позже назвали излучением Вавилова - Черенкова. Они обнаружили, что заряженная частица, двигаясь в среде со скоростью, превышающей скорость света в этой среде, испускает характерное голубое свечение.

Павел Чернеков происходил из крестьян. Он родился 28 июля 1904 года в селе Новая Чигла, что ныне относится к территории Воронежской области. Мальчик тянулся к знаниям, но его мачеха считала, что образование – это ненужная блажь и всячески противилась учебе Павла. Однако, чем строже был запрет, тем лучше учился ее пасынок. В 1924 году Черенкову удалось поступить на физико-математическое отделение Воронежского государственного университета.

Отработав несколько лет учителем, Павел Алексеевич поступил в аспирантуру Физико-математического института АН СССР в Ленинграде, где защитил кандидатскую и докторскую диссертации. Еще будучи аспирантом, Черенков, изучая люминесценцию прозрачных жидкостей под действием гамма-лучей, обнаружил неизвестное голубое свечение. Его невозможно было «погасить» нагреванием жидкости или при помощи примесей. Да и от химического состава среды яркость свечения не зависела.

Проделав множество опытов, ученый пришел к выводу что наблюдаемый им эффект не люминесценция, а нечто иное… Но что?

Оказывается, излучение вызывали электроны, которые двигались со сверхсветовой скоростью. Как такое может быть? Это придумают фантасты, да и то только после войны.

Но экспериментируя вновь и вновь ученые выяснили, что в прозрачной жидкости скорость света меньше, чем в вакууме. Поэтому частицы там действительно могут двигаться быстрее, чем свет. Явление получило название «черенковское излучение» или «эффект Черенкова». Объяснить его смогли советские физики Илья Михайлович Франк и Игорь Евгеньевич Тамм. Нобелевскую премию «за открытие и истолкование эффекта Черенкова» в итоге они тоже разделили на троих.

Илья Михайлович Франк родился 23 октября 1908 года в Санкт-Петербурге в семье математика. После окончания физико-математического факультета Московского государственного университета, первоначально его основной специализацией была оптическая физика, однако его учитель Сергей Вавилов (он же был научным руководителем Черенкова) в 1933 году предложил способному к глубокому научному анализу сотруднику перейти в ядерную физику.

Игорь Евгеньевич Тамм был самым старшим. Он появился на свет 8 июля 1895 года во Владивостоке в семье инженера. Московский университет окончил в 1918 году с дипломом по физике. После кратковременного увлечения политикой начал академическую карьеру. Основные направления научного творчества Тамма относятся к квантовой механике, физике твёрдого тела, теории излучения, ядерной физике, физике элементарных частиц, а также к решению ряда прикладных задач.

Скорость света в вакууме – это абсолютная величина скорости распространения электромагнитных волн, в точности равная 299 792 458 м/с. Она относится к фундаментальным физическим постоянным, которые характеризуют не просто отдельные тела или поля, а свойства пространства-времени в целом.

Даже нам сложно поверить в возможности сверхсветового движения, что уж говорить о людях живших в середине ХХ века.

«Оптика источников света, движущихся в преломляющих средах», - так называлась Нобелевская лекция по физике, которую в 1958 году прочитал Илья Франк. В своем выступлении ученый подчеркнул, что эффект Черенкова - это частный, хотя и очень интересный пример. «В этой области явлений имеется широкий круг вопросов, связанных с излучением источников света, движущихся в преломляющих средах», - обратил внимание слушателей Илья Михайлович. Ученый оказался прав. 

Фундаментальное открытие не осталось лишь достоянием теоретической науки. Оно легло в основу создания черенковских детекторов — сверхчувствительных приборов, способных регистрировать элементарные частицы и излучение. Именно эти принципы сегодня используются в передовых методах лучевой диагностики и терапии онкологических заболеваний, позволяя с высочайшей точностью находить и уничтожать раковые клетки.

Курский онкологический научно-клинический центр имени -  это мощный медицинский комплекс, где ежегодно помощь получают более 100 тысяч пациентов. Центр оснащен ультрасовременным оборудованием, и в арсенале его методов лечения есть те, что незримо связаны с открытием Черенкова.

Передовые методы лучевой терапии, применяемые в центре:

- Лучевая терапия, синхронизированная с актом дыхания (4D-RT)

- Объемно-модулированная лучевая терапия арками (VMAT)

- Брахитерапия источником высокой мощности дозы

Эти высокоточные технологии позволяют точечно воздействовать на опухоль, минимизируя повреждение здоровых тканей. Принципы регистрации и работы с излучением, фундамент для которых заложил Черенков, являются неотъемлемой частью этого высокотехнологичного лечения.

Так наследие Павла Черенкова живет и продолжает служить людям. Его открытие, когда-то увиденное как голубое свечение в лабораторной установке, сегодня воплотилось в мощный инструмент борьбы с одним из самых грозных заболеваний современности.

Это наглядный пример того, как фундаментальная наука спасает жизни. Работа Курского онкоцентра — это мост, соединяющий чистое научное знание с реальным делом, с тысячами историй выздоровления и возвращенной надежды для жителей Курской области.

Однако это еще не финал. По сей день вопрос практического применения эффекта Черенкова находится в фокусе внимания ученых. А значит нас ждут новые открытия и высокотехнологические прорывы.

Проект «Нобелевские лауреаты» выполняется при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках Десятилетия науки и технологий, объявленного Указом Президента Российской Федерации от 25 апреля 2022 г. № 231.