Итак, в 1961 г. демобилизованный Пьер-Жиль был назначен доцентом, а позднее профессором недавно созданного факультета науки парижского Университета в Орсе, впоследствии ставшего частью уже упоминавшегося Южного парижского университета XI[47](см. главу III). Его соперником в конкурсе на этот пост был старый друг Филипп Нозьер, только что вернувшийся из США, где он с блеском защитил диссертацию. Жюри предпочло де Жена. Это обстоятельство на некоторое время внесло напряженность в отношения друзей и еще более усилило их соперничество.

Пьер-Жиль был доволен своим новым местом работы. Преподавательская нагрузка поначалу была умеренной – он избежал курсов общей физики, проводимых в больших, переполненных студентами-младшекурсниками аудиториях. Де Жен читал только один курс квантовой механики для студентов, специализировавшихся по физике твердого тела, и теперь у него было достаточно времени для размышления над проблемой сверхпроводимости.

Кабинет Пьера-Жиля находился на втором этаже корпуса № 210, в котором помещалась лаборатория физики твердого тела, только что организованная усилиями Ж. Фриделя, ставшего ее директором. Фридель вспоминал: «Лаборатория была создана в 1959 г. благодаря поддержке Ива Рокара (тогдашнего директора парижской Высшей нормальной школы. – А. С.), который выделил нам немного места в помещениях, которые он строил вокруг линейного ускорителя Нормальной школы в Орсе» [76, с. 119]. Появление этой лаборатории имело большое значение, так как помогло постепенно ликвидировать двадцатилетнее отставание Франции в исследованиях твердого тела в послевоенные годы по отношению к США и Великобритании².

Кроме молодого де Жена Ж. Фридель пригласил в свою лабораторию и двух уже умудренных опытом ученых – пятидесятилетнего Андре Гинье и его ученика Раймона Кастена. Оба были специалистами по рентгеновским исследованиям.

В первые несколько месяцев своего пребывания в Университете Орсе де Жен продолжал заниматься магнетиками. Однако быстро переключился на изучение сверхпроводимости. Своим главным достижением за первые годы работы в Орсе он считал создание совместного коллектива экспериментаторов и теоретиков, ведущих исследования в этой области, который вскоре стал известен как «Группа сверхпроводимости Орсе».

Первоначально группа включала в себя самого Пьера-Жиля и трех молодых теоретиков – Кристьяна Кароли, Даниэля Сен-Жама и Жана Матрикона. Затем в нее вошли еще четыре экспериментатора – Этьен Гийон, Алексис Мартине, Жан-Поль Бюрже и Ги Дёчер, которых де Жен стал называть своими «мушкетерами» [76, с. 126].

В начале работы с Пьером-Жилем К. Кароли и Ж. Матрикон были молодыми аспирантами. Д. Сен-Жам был постарше, уже защитил диссертацию и имел опыт работы в области магнетизма. Де Жен знал его по совместной деятельности в группе Эрпена в Центре Сакле.

Когда Пьер-Жиль набирал экспериментаторов в свою группу, он не придавал большого значения их первоначальному образованию: двое из них (Гийон и Дёчеp) закончили Высшие школы, а двое (Мартине и Бюрже) – университеты. Для де Жена это означало «одно и то же» [83, т. I, с. 17]. Важным являлся лишь предыдущий опыт работы (хотя бы и небольшой), показывающий, на что способен человек. В руководимом им коллективе Пьер-Жиль умышленно смешивал различных исследователей (например, из университетов, CNRS[48] и промышленных фирм), а также

Действительно, на момент создания лаборатории физики твердого тела в Орсе во Франции данной тематикой занимались только два коллектива исследователей: магнетизмом – группа Л. Нееля в Центре ядерных исследований в Гренобле и полупроводниками – группа П. Эгрена в парижской Высшей нормальной школе.

Экспериментаторы группы сверхпроводимости в течение пяти лет трудились в небольшой комнате, которая со временем становилась все более и более тесной из-за размещаемого в ней оборудования и прибывавших в команду новых людей. Начиная с 1965 г. число членов группы сверхпроводимости составляло уже не менее десяти сотрудников и аспирантов.

То, что де Жен решил изучать сверхпроводимость, было ревниво воспринято физиками из Гренобля (в частности, Л. Неелем), которые уже достаточно долго занимались этой тематикой и накопили здесь немалый опыт (см. также главу III). Так как они имели достаточный вес в различных комиссиях CNRS, то поначалу у Пьера-Жиля возникали трудности с финансированием исследований и техническим оснащением экспериментов. К счастью, де Жену вскоре удалось получить материальную поддержку: грант от военно-воздушных сил США, а также заключить несколько контрактов с французскими промышленными компаниями (например, «Compagnie des Machines Bull» и «Compagnie Générale d’Electricité»).

Пьер-Жиль основательно изучил работы русской и американской школ по сверхпроводимости (см. также главу IV). В то время труды советских физиков по этой тематике были практически неизвестны на Западе. Поэтому их детальное знание давало молодому ученому существенные преимущества.

Напомним, что к описываемому нами времени американскими учеными Д. Бардиным, Л.Н. Купером и Д.Р. Шрифером уже была разработана теория сверхпроводимости – так называемая теория БКШ (1957 г., см. также главу IV). Их подход предполагал образование электронных (куперовских) пар внутри кристаллической решетки при низких температурах. Советскими физиками Л.Д. Ландау и В.Л. Гинзбургом еще в 1950 г. было предложено описание сверхпроводимости, основанное на разложении свободной энергии твердого тела в ряд по параметру порядка. Их теория была в дальнейшем развита А.А. Абрикосовым для случая наличия магнитного поля и доработана Л.П. Горьковым с учетом результатов модели БКШ.

Де Жен сделал попытку (одновременно с Л.П. Горьковым) объединить подход к проблеме сверхпроводимости американцев (теорию БКШ) с моделью Ландау – Гинзбурга – Абрикосова, а также Боголюбова.

Пьер-Жиль рассматривал образование пар электроно-подобных и дырочно-подобных возбуждений (в дальнейшем, е~ и p) в сверхпроводнике – куперовских пар. По отдельности системы этих возбуждений описываются обыкновенными уравнениями Шрёдингера. Учет взаимодействия между e– и p (в виде некоторого парного потенциала Δ) приводил к более сложным выражениям (теперь их принято называть уравнениями Боголюбова – де Жена).

В простейшем случае, когда потенциал Δ постоянен в пространстве (не зависит от радиуса-вектора r) и имеет вид Δ = ǀΔǀe^iχ, а также когда внешнее магнитное поле H = 0, эти уравнения можно записать как [см., например: 16, 98]:

Здесь (1) описывает поведение e^—, а (2) – p, u и v – соответственно, волновые функции для e^— и p, ε – волновое число (их энергия), m – масса частиц, μ – их химический потенциал, ∇2 – лапласиан.

Данный подход позволил де Жену и его коллегам рассмотреть ряд поверхностных эффектов в сверхпроводниках. Например, вместе с Э. Гийоном он развил теорию так называемого эффекта «близости» [16]. Это явление заключается во взаимном влиянии сверхпроводника (s) и обыкновенного (нормального) металла (n), приведенных в контакт. Оказалось, что в приграничной области в s электрическое сопротивление несколько возрастает, а в n, наоборот, падает, что можно объяснить диффузией куперовских пар из s в n. Эффект близости был детально изучен экспериментаторами группы де Жена.

Совместно с Д. Сен-Жамом де Жен показал возникновение так называемых «связанных» энергетических состояний в слое n, контактирующем с полубесконечным 5-образцом [17; 83, т. I, с. 16–31; 99]. При этом де Жен и Сен-Жам близко подошли к рассмотрению явления отражения электрона, падающего из нормального металла, от поверхности сверхпроводника, при котором электрон превращается в дырку, а появившаяся при этом новая куперовская пара участвует в процессе проводимости в сверхпроводнике. Этот эффект был в это же время детально описан А.Ф. Андреевым и носит название «Андреевского отражения» [100].

Как известно, существуют сверхпроводники двух видов [см., например: 98]. У сверхпроводников первого рода (например, Hg) поверхностное натяжение на границе с нормальным металлом σ_ns > 0. При приложении к такому материалу внешнего магнитного поля H оно выталкивается из образца (эффект Мейсснера). При достижении H некоторого критического значения H_C сверхпроводимость исчезает, и происходит фазовый переход первого рода из s в n.

Рис. 4

У сверхпроводников второго рода (некоторые сплавы) σ_ns < 0. При приложении к такому материалу внешнего магнитного поля H оно также выталкивается из образца. В интервале полей H_c1 < H < H_c2 магнитное поле проникает в образец в виде вихрей (вихри Абрикосова), при этом образуется так называемая шубниковская фаза. Для H > H_c2 сверхпроводимость в объеме образца полностью исчезает.

Де Жен и Сен-Жам теоретически установили существование критического магнитного поля (так называемого H_c3), при котором уже отсутствующая в объеме образца сверхпроводимость исчезала и в тонком слое на его поверхности [17] (см. типичную фазовую диаграмму H(T) для сверхпроводника второго рода, приведенную на рис. 4 [18]). Они показали, что для наблюдения данного приграничного эффекта поле H должно быть параллельно поверхностному слою материала, толщина которого имела порядок 1000 Å. Численные оценки дали следующее соотношение: H_c3 = 1,69H_c2.

Эксперименты, доказывающие существование H_c3, были проведены в группе де Жена А. Мартине [см., например: 80, с. 45–47; 101]. Он изготовил стеклянный цилиндр, на поверхность которого была напылена пленка (толщиной в несколько тысяч Å) сверхпроводящего сплава второго рода. К пленке припаивались две пары электродов (для измерения тока и напряжения, соответственно). Образец помещался во внешнее магнитное поле, силовые линии которого показаны на рис. 5 [см.: 80, с. 46].

Рис. 5

В том месте, где H было параллельно поверхности цилиндра (на жирной серой линии), наблюдалось исчезновение сверхпроводимости при H = H_с3. В других местах поверхности цилиндра (например, на жирной черной линии) сверхпроводимость пропадала при H = H_с2.

Описанный выше эксперимент убедительно доказал существование поля H_с3 и с большой точностью подтвердил его соотношение с полем H_с2.

В период работы над проблемой сверхпроводимости Пьер-Жиль принимал участие во многих международных конференциях, а также выступал на семинарах и читал лекции в университетах и научных центрах по всему миру. Например, он много раз ездил в США, в 1965 г. провел некоторое время в Японии и Камбодже, а в 1966 г. – в Венесуэле. Заметим, что де Жен отказывался приехать в СССР по политическим соображением (так как был убежденным антикоммунистом). Сюда вместо себя он посылал своих коллег. Он также никогда не посещал франкистскую Испанию.

Во время XI международного конгресса Ампера в Эйндховене (Голландия) доклад де Жена привлек внимание знаменитого физика Хендрика Казимира – научного директора компании «Philips». Это обстоятельство способствовало укреплению научной репутации Пьера-Жиля в Европе.

В США у де Жена уже имелись достаточно прочные научные связи (см. главу IV). Главным пропагандистом его достижений в этой стране был преданный друг Фил Пинкус.

Так, довольно быстро Пьер-Жиль приобрел широкую международную известность, а результаты его научных исследований – всеобщее признание. Вот как Ж. Фридель оценивал период работы де Жена над проблемами сверхпроводимости: «Можно сказать, что его настоящий взлет начался с результатов по сверхпроводимости. До его исследований сверхпроводимости он был студентом, о котором все говорили. Затем он стал молодым маэстро. В 1960-х годах он обладал уже весомым именем в физике» [76, с. 134].

Де Жен популяризировал не только свои достижения, но и всячески старался подчеркнуть роль коллег по группе сверхпроводимости Орсе. В своих докладах он всегда упоминал их имена и указывал на их научный вклад. Он установил такой порядок, что если работа выполнялась несколькими членами его группы, то в статье указывались не имена авторов, а просто писалось: «Группа сверхпроводимости Орсе».

Такое внимательное отношение Пьера-Жиля к товарищам по работе послужило и поводом для их иронии. Коллеги де Жена – Даниэль Сен-Жам и Гобалакичена Сарма – создали шуточное общество под названием «Клуб щетки для наведения глянца». Пьер-Жиль был назначен почетным президентом клуба. А его члены, среди которых были все четыре мушкетера, многочисленные сотрудники Центра Сакле и еще целый ряд молодых исследователей, в каждом из своих научных докладов были обязаны цитировать других членов клуба, даже если те не внесли никакого вклада в представляемую работу [76, с. 134–135]!

Группа сверхпроводимости Орсе также стала очень известной. Исследователи с разных концов света теперь стремились посетить ее. Де Жен старался отвечать на все приходящие в группу письма и приглашал интересовавшихся его работой ученых приезжать в Орсе. В результате в его группе побывали многочисленные зарубежные гости, в большинстве своем американцы.

В 1960-е годы Пьер-Жиль много преподавал. В Университете Орсе он читал лекции студентам-магистрантам и молодым исследователям. В Высшей нормальной школе и в Высшей школе промышленной физики и химии г. Парижа (École supérieure de physique et chimie industrielle de la ville de Paris – ESPCI ParisTech) де Жен также вел курс атомной физики для магистрантов.

Для подготовки к лекциям Пьер-Жиль пользовался в основном оригинальными научными статьями – книг по затрагиваемым им вопросам существовало немного. Его курсы были неизменно популярны среди студентов. Лекции начинались рано утром. Он, широко шагая, быстро входил в аудиторию, кидал свой потертый портфель на стол и сразу же с курительной трубкой во рту начинал писать мелом на доске название и план лекции, делая сквозь зубы короткие комментарии. Затем он откладывал трубку в сторону и начинал лекцию. Сразу же в аудитории воцарялась тишина. Студенты знали, что де Жен всегда излагал самое существенное в начале занятия, поэтому старались слушать внимательно и не опаздывать. Пьер-Жиль обыкновенно приводил только основные результаты и гипотезы и не вдавался в детали и промежуточные вычисления. Нередко он рассматривал одно и то же явление как в рамках классической физики, так и с позиций квантовой механики.

Де Жен обычно заканчивал лекцию немного раньше установленного времени, брал свой портфель и беззвучно удалялся. После занятия студентам казалось, что все, о чем он говорил, было очень просто и что они все поняли. Однако по прошествии нескольких дней выяснялось, что они уже не могут разобраться в своих конспектах. Одна из его студенток, Лилиан Леже, впоследствии ставшая профессором Университета Орсе, вспоминала: «Тогда мы собирались большой компанией, чтобы скрупулезно проштудировать конспекты и восстановить его лекцию». Она добавляла: «У нас была мотивация, так как все, о чем он нам рассказывал, казалось новым по сравнению со всем тем, чему мы научились до этого. Это были результаты, полученные, наверное, лет десять тому назад. Нас наполняло чувство участия в приключении, вхождения в развивающуюся науку. Пьер-Жиль де Жен был немножко нашим идолом» [76, с. 136].

Студенты очень боялись устных экзаменов, которые Пьер-Жиль устраивал им в конце года. На них кроме тем из лекционного курса он мог легко спросить что-нибудь совсем неожиданное, например: «Микрофон помещен в герметичную комнату, из которой постепенно откачивают воздух. Начиная с какого момента больше не будет слышен звук?» [76, с. 136]. Даже самые лучшие студенты, среди которых были самоуверенные выпускники Политехнической школы, не чувствовали себя в безопасности.

Де Жен вспоминал: «У меня имелась тетрадка, в которой я записывал имена всех учеников и комментарии по поводу их ответов. Там были плюсы, минусы, восклицательные знаки (когда ответ был действительно нулевым) и окончательные оценки. Забавно, что многие из этих учеников сами впоследствии стали университетскими профессорами» [76, с. 136].

Студенческие выступления мая 1968 г. несколько нарушили ритм жизни Университета Орсе, и де Жен даже был вынужден на некоторое время прекратить преподавание. Однако он всегда симпатизировал студентам и хотел, чтобы они считали его союзником, хотя и понимал, что это в полной мере недостижимо ввиду его профессорского положения. Пьер-Жиль даже совершил (как он выражался) «революционный акт» – вместе с Д. Сен-Жамом уволился с поста преподавателя-совместителя в ESPCI. Свой поступок он объяснял так: «Я находил, что школа управлялась подобно бакалейной лавке, что финансирование там получали исследователи, бывшие в милости у начальства, и т. д. Также ничего не работало там и в сфере образования» [76, с. 146]. Они вывесили свои заявления об увольнении на стенах школы. При этом администрация упрекнула их в том, что они предали огласке «частные» письма.

Прошедшие революционные события оставили свой след в Университете Орсе. Атмосфера в лаборатории физики твердого тела, например, ухудшилась. Ее сотрудники разделились на «консерваторов» и «левых». Ядро последних состояло из молодых теоретиков лаборатории. По словам Ж. Фриделя, «это сделало для Пьера-Жиля де Жена некоторые контакты сложнее, чем раньше» [76, с. 147].

В 1969 г. Пьеру-Жилю представилась возможность внести свою лепту в сглаживание остававшейся порой конфликтной атмосферы в его лаборатории. Он вместе с Ж. Фриделем и А. Гинье стал лауреатом главной премии французской Академии наук в области физики. В демократическом постреволюционном духе ученые пожертвовали все полученные ими немалые деньги на строительство кафетерия для студентов и преподавателей на крыше здания № 510, куда только что переехала их лаборатория (об этом кафетерии см. также в Приложении).

Несмотря на то что де Жен много работал и путешествовал, он старался уделять как можно больше времени своей семье. Сразу же после назначения в Университет Орсе он купил большой и красивый буржуазный дом в четверти часа ходьбы от места своей работы (см. главу VII).

Как и раньше, во всем, что касалось ведения домашнего хозяйства, Пьер-Жиль полностью полагался на жену. Он часто возвращался с работы поздно, но всегда старался поспеть к ужину в кругу семьи. За столом он обычно рассказывал детям сюжеты фильмов, которые они раз в неделю смотрели в кино вместе с Анни. Иногда он делился с ними и некоторыми новыми экспериментами своей лаборатории.

Де Жен не имел дома телевизора и был категорически против того, чтобы его дети смотрели мультфильмы. Он предпочитал рассказывать им разные истории или читать книги. Из своих зарубежных поездок Пьер-Жиль привозил детям в основном технические игрушки, например, пружины, которые сами спускаются с лестниц, или шары, меняющие свой цвет, когда их берут в руку.

Анни устроила мужу (на втором этаже их дома) рабочий кабинет – его стены были обиты специальным звукоизолирующим материалом. В будние дни вечерами де Жен никогда не работал: читал, слушая музыку или передачи по радио и обычно около десяти часов вечера подкреплялся приготовленными для него женой сэндвичами. Напротив, по выходным он очень часто уединялся в своем кабинете и творил.

Детям разрешалось играть и шуметь практически повсюду в доме, кроме непосредственной близости от кабинета отца. Иногда, правда, (когда в доме бывали сверстники-друзья) дети нарушали запрет и тихонько приоткрывали дверь кабинета Пьера-Жиля, чтобы показать своим товарищам «папу, который работает» [76, с. 137].

Де Жен всегда проводил каникулы в кругу семьи. Они часто отправлялись к бабушке Ивонне на семейную ферму в Орсьере. Были и многочисленные выезды в горы, пикники у озера, прогулки на байдарках. Этот вид спорта сильно увлекал Пьера-Жиля в то время.

Однажды он даже чуть не утонул, когда в Бургундии плыл на байдарке по поднявшейся от дождей быстрой реке. На воде было две байдарки. В первой из них находился сам де Жен, а во второй – молодая девушка, знакомая их семьи. Осторожная Анни осталась с детьми на берегу. Внезапно дорогу преградил завал из стволов деревьев, перемешанных с ветками, длиной примерно метров в тридцать. Байдарку с девушкой затянуло под этот завал. Подобравшись поближе, Пьер-Жиль помог девушке выбраться из ловушки, но тут же сам очутился на глубине, в быстрой и мутной воде под стволами. Спасло его только то, что он был отличным пловцом и не поддался панике [76, с. 139].

Обычно летом де Жен брал свою семью на различные конференции и научные школы. Так они посетили США, Канаду, Мексику, Югославию.

Начиная с 1965 г. интерес Пьера-Жиля к проблемам сверхпроводимости стал постепенно угасать. Он начал задумываться над новыми темами для исследования.

Де Жен поставил в известность Ж. Фриделя о том, что прекращает заниматься сверхпроводимостью. Своим же коллегам (как теоретикам, так и экспериментаторам) он предоставил полную свободу выбора дальнейшей научной тематики. В результате только Ж.-П. Бюрже и Э. Гийон еще некоторое время продолжали экспериментировать со сверхпроводниками, но и это продлилось недолго. Фридель сожалел о том, что под влиянием решения Пьера-Жиля работы по сверхпроводимости в его лаборатории были свернуты. Однако был вынужден признать, что, когда капитан покидает корабль, на мачте опускают флаг.

Ученый подытожил свои работы о сверхпроводимости в ставшей классической монографии [18]. В дальнейшем де Жен будет снова возвращаться к размышлениям над теорией сверхпроводимости, только уже высокотемпературной (см. главы УШ и ХШ).

В 1966–1968 гг. Пьер-Жиль находился на перепутье – искал новую большую тему для исследований. В эти годы он сделал несколько работ по сверхтекучести, а также занимался динамикой полимерных цепей в растворах (включая и ДНК).