Фаза Шубникова: у Харькова мог быть четвертый Нобелевский лауреат

С фотографии на нас смотрит необыкновенный красавец с высоким лбом и задумчивым взглядом. В руке он, словно шкипер, сжимает трубку, а толстый том перед ним вполне можно назвать навигационным журналом в море фундаментальной физики. 120 лет со дня рождения выдающегося ученого Льва Васильевича Шубникова, творившего в Харькове, мы отмечаем завтра — 29 сентября.

«Его пионерские работы заложили фундамент многих важнейших направлений современной физики конденсированного состояния, а четыре из них, бесспорно, находятся на уровне лучших нобелевских результатов», — так отзывался о нем выдающийся харьковский физик, академик Виктор Еременко.
Лев Шубников — блестящий физик-экспериментатор прославился тем, что внес весомый вклад в изучение сверхпроводимости и магнитных свойств вещества; это человек, первым изучавший квантовые эффекты в твёрдых телах и получивший ценнейшие результаты в области атомной и ядерной физики; наконец, крупный подвижник науки, создавший в Харькове первую в СССР лабораторию по изучению низкотемпературных процессов — всё это было осуществлено менее чем за 15 лет активной научной жизни, оборванной трагическими событиями конца 30-х годов прошлого века.

Как под парусом лодка…
Лев Шубников родился в Петербурге 29 сентября 1901 года. Его отец, Василий Васильевич, выпускник знаменитого Московского коммерческого училища (питомцами которого были также братья Николай Иванович и Сергей Иванович Вавиловы),
работал бухгалтером на одном из питерских заводов. В этом же училище учился и младший брат Василия Васильевича — Алексей Васильевич Шубников, ставший
впоследствии крупнейшим советским кристаллографом, академиком, Героем Социалистического труда.
Когда Льву исполнилось десять лет, отец определил его в одну из лучших гимназий Петербурга — гимназию М. А. Лентовской, где в те же годы учился будущий академик Дмитрий Сергеевич Лихачев. Как вспоминал Дмитрий Сергеевич, «в школе Лентовской поощрялось собственное мнение учеников. В классе часто шли споры. С тех пор я стремлюсь сохранять в себе самостоятельность во вкусах и взглядах».
Осенью 1918 года Лев Шубников стал студентом физико-математического отделения Петроградского университета. Страшный голодный год кровавой Гражданской войны: Лев Шубников — единственный (!) студент по специальности «физика».
А годом позже в числе студентов-физиков оказалась Ольга Трапезникова, ставшая в 1925 году его женой и соавтором ряда исследований.
Когда же в конце 1918 году по инициативе выдающегося учёного-оптика (в советское время — академика) Д. С. Рождественского в Петрограде был создан Государственный оптический институт (ГОИ), в числе первых привлечённых на лаборантскую работу был и Лев Шубников — навыки работы экспериментатора он получил именно в это время.
Одно из сильнейших увлечений тех лет студента Льва Шубникова — парусный
спорт. Осенью 1921 года яхта, на которую он устроился матросом, потерпела крушение в Финском заливе. Скитания по зарубежью продолжались более года, выживать приходилось случайными заработками, и лишь после неожиданной встречи в Берлине с петроградским физиком М. М. Глаголевым, приехавшим в Германию для закупки научного оборудования и знавшим Шубникова по университету, ему удалось вернуться в Советскую Россию.
Лев устроился сначала на работу лаборантом в созданный А. Ф. Иоффе Физико-технический институт, а позже был зачислен на третий курс физико-механического факультета Политехнического института. Руководителем его дипломной работы был Иван Васильевич Обреимов, впоследствии академик, крупный учёный в области оптики, молекулярной спектроскопии, физики низких температур.

Два Льва в Харькове

По завершении учебы Шубников по рекомендации А. Ф. Иоффе был откомандирован для продолжения научной работы в Голландию, в Лейден, где находилась первая
в мире лаборатория физики низких температур, основанная Г. Камерлинг-Оннесом, и где в 1911 году впервые наблюдалось явление сверхпроводимости.
Масштаб работы оказался таким, что Лев Васильевич был вынужден многократно продлевать сроки своего пребывания в Голландии. Монокристаллы, полученные в Лейдене по методу Обреимова-Шубникова, были уникальными по степени чистоты и другим свойствам. На этих кристаллах и был открыт в 1930 году эффект, который ныне именуется «эффектом Шубникова-де Гааза».
Научное окружение молодого физика было уникальным. В Лейдене Шубников посещал теоретические семинары, на которых выступали А. Эйнштейн, М. Планк, В. Паули, П. Дирак и другие звезды мировой физики. А в 1929 году там же оказался и молодой Лев Ландау, и знакомство двух Львов переросло в личную дружбу.
Когда Л. Ландау и Л. Шубников оказались в Харькове, в Украинском физико-техническом институте, их часто видели вместе и, чтобы проще различать, прозвали: «Лев толстый» (Шубников) и «Лев тонкий» (Ландау).

Загадочная сверхпроводимость
Сверхпроводимость — квантовое явление, свойственное многим материалам при низких температурах.
«Каждое физическое явление имеет право на историю своего открытия и исследования, — написал к 80-летию открытия сверхпроводимости выдающийся харьковский академик Игорь Дмитренко. — Но явление сверхпроводимости обладает исключительным правом, как в силу своей необычности и фундаментальности для физики конденсированного состояния вещества, так и в силу загадочности, сохраняющейся в ее высокотемпературном варианте и поныне, и многообразия ее уникальных приложений».
Развитие физики низких температур в СССР, в том числе и в Украине, началось с организации в 1928 году в Харькове Украинского физико-технического института (УФТИ — ныне Национальный научный центр «ХФТИ»), в составе которого в 1930 году и была создана криогенная лаборатория, четвертая в мире — после лабораторий в Лейдене, Торонто и Берлине.
Руководить ею и был призван Лев Шубников. Создать лабораторию мирового класса практически на пустом месте было бы невозможно, если бы не помощь как «изнутри», так и «извне». Первая оказывалась в основном наркомом С. Орджоникидзе, продвигавшим по заказы лаборатории, вторая — друзьями из Лейдена — де Гаазом, Кеезомом и другими, которые бескорыстно, без всякой оплаты присылали и привозили материалы, приборы и другое оборудование.
Вскоре Шубников стал заведующим кафедрой физики твердого тела в Харьковском университете. К этому времени Харьковская школа криогеники уже выдала ряд работ международного класса и, догнав своих учителей, стала в один ряд с ведущими мировыми криоцентрами.
Шубников и его коллеги изучали проникновение магнитного поля в сверхпроводники; независимо от Мейснера (хотя и на несколько месяцев позже) в Харькове был установлен эффект в сверхпроводниках, получивший в дальнейшем название «эффекта Мейснера». В 1936 году была открыта так называемая «фаза Шубникова» в сверхпроводниках, термин, широко принятый научным сообществом.

Короткая жизнь
и бесконечно долгая научная судьба
Если мы поинтересуемся, что такое «сверхпроводимость» в популярных энциклопедиях, то узнаем, что сверхпроводники делятся на два больших семейства: сверхпроводников I рода (ртуть) и II рода (сплавы разных металлов). В открытии сверхпроводимости II типа значительную роль сыграли именно работы Л. Шубникова и его коллег в 1930-е годы.
В своей статье в научном журнале ученые ННЦ «ХФТИ» В. Слезов. И. Папиров, А. Шепелев отмечали, что открытие Шубникова сопровождалось творческой драмой и большой человеческой трагедией, повлиявшей на судьбы двух великих ученых Л. Шубникова и Л. Ландау и на развитие мировой физики.
Творческая драма определялась тем, что Лев Ландау не признал экспериментальное открытие Шубникова и его коллег ни в 1936 году, ни в 1950, когда он с В. Гинзбургом создал феноменологическую теорию сверхпроводимости. И только в 1997 году Гинзбург констатировал: «Таким образом, возможность существования сверхпроводников II рода мы просмотрели».
Ну, а большая человеческая трагедия заключалась в том, что ученый был безосновательно обвинен и уничтожен.
В 1936 году Шубников получил персональное приглашение на VII Международный конгресс холода в Гаагу, но выезд туда не разрешили. В этом же году в Харьков не смог приехать из Лейдена В. де Гааз, который намеревался привезти очередные научные новости и подарки для харьковской лаборатории. В конце 1936 года из Харьковского университета уволили Л. Ландау.
Шубников был арестован и осужден «на 10 лет без права переписки» (расстрелян 8 ноября 1937 г.; в 1957 г. посмертно реабилитирован).
Триумф работ Шубникова и его коллег состоялся лишь во второй половине ХХ и начале XXI века. Шведская королевская академия наук присудила Нобелевскую премию по физике совместно Алексею Абрикосову, Виталию Гинзбургу и Энтони Леггетту (2003) за выдающийся вклад в развитие теории сверхпроводимости и сверхтекучести. Но научный мир не забывает, что теория сверхпроводимости Гинзбурга-Ландау и основанная на ней теория Абрикосова разработаны на экспериментальных результатах харьковчан Шубникова, Хоткевича, Шепелева и Рябинина.
Ныне сверхпроводники II рода широко применяются во всех областях науки и техники. Например, в медицинской диагностике технология магнитно-резонансной томографии предполагает использование в томографах мощных сверхпроводящих электромагнитов. Сверхпроводники пригодились в электроэнергетике, на транспорте, на Большом Адронном коллайдере.
В 1935 году в Харькове Шубников основал уникальную для своего времени Опытную станцию глубокого охлаждения. Она дала начало Физико-техническому институту низких температур (ФТИНТ) им. Б.И. Веркина НАНУ. Харьковчане продолжают восхищать нас новыми достижениями. В 2021 году ученые ФТИНТ вместе с немецкими и израильскими коллегами объявили о новом выдающемся эксперименте в сверхпроводящих наноструктурах.