Фано, Уго

В Википедии есть статьи о других людях с фамилией Фано.

У́го Фа́но (итал. Ugo Fano; 28 июля 1912, Турин — 13 февраля 2001, Чикаго) — американский физик-теоретик итальянского происхождения, член Национальной академии наук США (1976). Научные работы Фано посвящены атомной и ядерной физике, спектроскопии, радиационной биологии и генетике. Ему принадлежит ряд крупных достижений в области теории взаимодействия электромагнитного излучения и заряженных частиц с веществом, с его именем связано возникновение таких понятий, как резонанс Фано, эффект Фано, механизм Фано — Лихтена, фактор Фано.

Уго Фано
итал. Ugo Fano
Дата рождения	28 июля 1912(1912-07-28)
Место рождения	Турин
Дата смерти	13 февраля 2001(2001-02-13) (88 лет)
Место смерти	Чикаго
Страна	Италия,  США
Род деятельности	физик, преподаватель университета
Научная сфера	физика биофизика
Место работы	Римский университет Лейпцигский университет Институт Карнеги Национальное бюро стандартов Чикагский университет
Альма-матер	Туринский университет
Научный руководитель	Энрико Персико Энрико Ферми Эдоардо Амальди
Известен как	автор концепции резонанса Фано, эффекта Фано, механизма Фано — Лихтена
Награды и премии	член Американского физического общества Davisson–Germer Prize in Atomic or Surface Physics (1976) иностранный член Лондонского королевского общества (9 марта 1995) премия Уильяма Фредерика Меггерса (1989)
Медиафайлы на Викискладе

Биография

Уго Фано родился в Турине в богатой еврейской семье. Он был назван в честь деда, который сражался на войне за объединение Италии в армии Джузеппе Гарибальди. Отец, Джино Фано, был профессором геометрии Туринского университета. Мать, Роза Кассин (Rosa Cassin), происходила из семьи инженеров и была талантливой художницей и музыкантом. Брат Уго, Роберт Фано, впоследствии также стал известным учёным, специалистом в области теории информации. Уго был болезненным ребёнком и первые три класса учился дома. В двенадцатилетнем возрасте он увлёкся ездой на велосипеде, что позволило ему укрепить здоровье. Позже он активно занимался туризмом и альпинизмом, много времени проводил в горах вблизи виллы (Villa Fano), купленной дедом много лет назад в окрестностях Вероны. С четвёртого класса Уго учился в школе, где многие преподаватели были священниками. Семейная обстановка способствовала интересу к науке и технике; например, в 12 лет он узнал от отца о боровской модели атома. Среди школьных друзей Уго был Сальвадор Лурия, будущий знаменитый микробиолог и нобелевский лауреат.

Когда Фано учился в Туринском университете, его старший кузен Джулио Рака убедил его заняться физикой и познакомил с Энрико Персико, под руководством которого в 1934 году Уго защитил докторскую диссертацию по математике. После этого Персико устроил его на работу в группу Энрико Ферми, и Фано переехал в Рим, где его непосредственным наставником стал Эдоардо Амальди. В следующем году Фано посетил Гёттинген и Копенгаген, где познакомился с такими крупными учёными, как Нильс Бор, Арнольд Зоммерфельд, Эдвард Теллер и Георгий Гамов. В 1936 году молодой физик отправился на два года в Лейпцигский университет, где работал под руководством Вернера Гейзенберга над некоторыми вопросами теории атомного ядра. По возвращении он некоторое время трудился в Риме преподавателем, однако активизировавшиеся в Италии гонения против евреев вынудили Уго и его невесту Камиллу (Лиллу) Латтес (Lilla Lattes) принять решение об эмиграции. В феврале 1939 года они спешно приняли крещение и были обвенчаны католическим священником, после чего Лилла отправилась в Аргентину, тогда как Уго сначала заехал в Париж, а затем присоединился к ней. Там они смогли получить американские визы и в июне 1939 года прибыли в Нью-Йорк.

В США Фано поначалу работал в Вашингтонском институте биофизики, а вскоре переехал в лабораторию Института Карнеги, расположенную в Колд-Спринг-Харбор. Уго вошёл в группу Милислава Демереца и занимался в основном радиобиологией. Его интерес к вопросам биофизики и генетики восходил к семинару Паскуаля Йордана, прошедшему в Риме в 1938 году. Фано также много общался с Максом Дельбрюком и, в частности, познакомил того с Сальвадором Лурией (они впоследствии разделили Нобелевскую премию). Вступление Соединенных Штатов во Вторую мировую войну внесло новые изменения в жизнь учёного. Поскольку его жена была беременна, он был освобождён от призыва, однако затем перешёл на работу в Баллистическую лабораторию, расположенную на Абердинском испытательном полигоне в штате Мэриленд. Здесь Фано занимался проблемами эффективности вооружений и составлял инструкции для ВВС по выбору лучшего оружия для конкретных целей. Вскоре жена с новорожденной дочерью Мэри присоединилась к нему в Абердине. В 1945 году учёный получил американское гражданство.

После окончания войны Фано 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 году он принял предложение перейти в Национальное бюро стандартов в Вашингтоне, где продолжал работать до 1966 года. Через несколько месяцев после переезда у него родилась вторая дочь, Вирджиния. В 1948 году Фано и его жена впервые вернулись в Италию, впоследствии они регулярно посещали на родину. В 1950-е годы вышло две книги его авторства: первая, написанная совместно с женой Лиллой, 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 (Ravi Rau) и посвящённой симметрии в квантовой физике.

В 1966 году было принято решение о переводе Национального бюро стандартов в Гейтерсберг (штат Мэриленд), однако Фано не пожелал туда переезжать и принял приглашение Чикагского университета, где работал до 2000 года. В 1972—1974 годах он возглавлял физический факультет, а в 1982 году получил звание почётного профессора (Professor Emeritus). В университете он 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. В 1990—1995 годах он выполнял обязанности помощника редактора журнала Reviews of Modern Physics. Уго Фано скончался в Чикаго в результате осложнений, связанных с болезнью Альцгеймера.

Научная деятельность

Первая важная работа Фано, выполненная под руководством Ферми в 1935 году, касалась интерпретации формы некоторых спектральных линий благородных газов, наблюдавшихся в спектральном континууме Гансом Бойтлером (Hans Beutler) и называемых сейчас линиями Бойтлера — Фано (похожие идеи ещё в 1931 году высказывал Этторе Майорана, который рассмотрел процесс безызлучательного распада двухэлектронного возбуждения, приводящий к ионизации атома). В 1961 году Фано вернулся к общей проблеме формы линий, соответствующих возбуждению высокоэнергетических состояний, и ввёл параметр асимметрии линии. Эта идея была использована им два года спустя для объяснения странных спектральных линий гелия, наблюдавшихся при его облучении синхротронным излучением, за счёт возбуждения сразу двух электронов в квазидискретные состояния, лежащие в континууме. Идея асимметричного резонанса Фано, возникающего за счёт интерференции континуума и дискретного состояния, оказалась чрезвычайно плодотворной не только в атомной физике, но и в физике конденсированного состояния, физике квантовых точек, оптике; аналогичное явление «резонанса формы» (shape resonance) известно в ядерной физике.

Изучение дважды возбуждённых состояний привело Фано к идее коллективных квантовых чисел и координат (например, гиперсферических), которые оказываются более адекватными для описания систем скоррелированных частиц, чем координаты и квантовые числа отдельных электронов. Развитие этого подхода оказалось очень своевременным, поскольку именно 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. Позже эта методика применялась Фано и его сотрудниками к анализу воздействия электрического и магнитного полей на сильно возбуждённые ридберговские состояния атомов.

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

В 1957 году Фано внёс значительный вклад в популяризацию концепции матриц плотности и операторных представлений (уравнение Лиувилля) в атомной и молекулярной физике, продемонстрировав мощь этих подходов. В 1965 году совместно с У. Лихтеном (W. Lichten) он дал объяснение процессам перехода кинетической энергии сталкивающихся атомов в энергию возбуждения электронов (механизм Фано — Лихтена). Этот механизм имеет большое значение для теории химических превращений. В 1969 году Фано предсказал спиновую поляризацию электронов, испускаемых атомами под действием света с круговой поляризацией. Это явление, получившее название эффекта Фано, используется при исследовании структуры различных материалов с помощью поляризованных электронов. Среди тех направлений, которыми Фано с учениками занимался во время работы в Чикаго, выделяются теория квантового дефекта, ставшая в результате их деятельности мощным подходом к анализу сложных спектров, и теория углового распределения электронов, рассеиваемых на различных объектах.

Работая в группе Демереца, Фано изучал воздействие рентгеновского излучения на яйца мух-дрозофил. Под влиянием работ Дельбрюка с бактериофагами, он также занялся этой темой, итогом чего стало открытие устойчивых к вирусам мутантов кишечной палочки. Опыт работы в области радиобиологии привёл Фано к осознанию недостаточности чисто статистической теории мишеней (target theory) 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 учёным в этом направлении, выяснение причин, по которым некоторые вещества способны увеличивать или уменьшать радиационные повреждения, и определение времени, необходимого клетке для восстановления после повреждения.

Награды и членства

• Премия Рокфеллера за общественную деятельность (Rockefeller Public Service Award, 1956)
• Золотая медаль Министерства торговли США (Gold Medal of the Department of Commerce for Exceptional Service, 1957)
• Премия Стрэттона Национального бюро стандартов (Stratton Award, 1963)
• Премия Дэвиссона и Джермера (Davisson-Germer Prize, 1976)
• Премия Энрико Ферми (1995)
• Почётный доктор наук Университета Квинс в Белфасте (1978) и Университета Пьера и Марии Кюри в Париже (1979)
• Иностранный член Национальной академии деи Линчеи (1993) и Лондонского королевского общества (1995), член Американского физического общества (1940) и Американской академии искусств и наук (1976)

Публикации

Книги

• 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.

Основные статьи

• Fano U. Sullo spettro di assorbimento dei gas nobili presso il limite dello spettro d'arco // Nuovo Cimento. — 1935. — Vol. 12. — P. 154—161. — arXiv:cond-mat/0502210.
• Demerec M., Fano U. Mechanism of the Origin of X-Ray Induced Notch Deficiencies in Drosophila Melanogaster // PNAS. — 1941. — Vol. 27. — P. 24—31.
• Fano U. Ionization Yield of Radiations. II. The Fluctuations of the Number of Ions // Phys. Rev. — 1947. — Vol. 72. — P. 26—29.
• Spencer L.V., Fano U. Energy Spectrum Resulting from Electron Slowing Down // Phys. Rev. — 1954. — Vol. 93. — P. 1172—1181.
• Fano U. Description of States in Quantum Mechanics by Density Matrix and Operator Techniques // Rev. Mod. Phys. — 1957. — Vol. 29. — P. 74—93.
• Fano U. Effects of configuration interaction on intensities and phase shifts // Phys. Rev. — 1961. — Vol. 124. — P. 1866—1878.
• Fano U. Pressure Broadening as a Prototype of Relaxation // Phys. Rev. — 1963. — Vol. 131. — P. 259—268.
• Cooper J.W., Fano U., Prats F. Classification of Two-Electron Excitation Levels of Helium // Phys. Rev. Lett. — 1963. — Vol. 10. — P. 518—521.
• Fano U., Lichten W. Interpretation of Ar+-Ar Collisions at 50 KeV // Phys. Rev. Lett. — 1965. — Vol. 14. — P. 627—629.
• Fano U., Cooper J.W. Line Profiles in the Far-uv Absorption Spectra of the Rare Gases // Phys. Rev. — 1965. — Vol. 137. — P. A1364—A1379.
• Fano U., Cooper J.W. Spectral Distribution of Atomic Oscillator Strengths // Rev. Mod. Phys. — 1968. — Vol. 40. — P. 441—507. Перевод: У. Фано, Дж. Купер. Спектральные распределения сил осцилляторов в атомах. — М.: Наука, 1972.
• Fano U. Spin Orientation of Photoelectrons Ejected by Circularly Polarized Light // Phys. Rev. — 1969. — Vol. 178. — P. 131—136.
• Fano U. Quantum Defect Theory of l Uncoupling in H$_{2}$ as an Example of Channel-Interaction Treatment // Phys. Rev. A. — 1970. — Vol. 2. — P. 353—365.
• Chang E.S., Fano U. Theory of Electron-Molecule Collisions by Frame Transformations // Phys. Rev. A. — 1972. — Vol. 6. — P. 173—185.
• Fano U., Dill D. Angular Momentum Transfer in the Theory of Angular Distributions // Phys. Rev. A. — 1972. — Vol. 6. — P. 185—192.
• Fano U., Macek J.H. Impact Excitation and Polarization of the Emitted Light // Rev. Mod. Phys. — 1973. — Vol. 45. — P. 553—573.
• Greene C., Fano U., Strinati G. General form of the quantum-defect theory // Phys. Rev. A. — 1979. — Vol. 19. — P. 1485—1509.
• Fano U. Correlations of two excited electrons // Rep. Prog. Phys. — 1983. — Vol. 46. — P. 97—165.

Литература

• Храмов Ю. А. Фано Уго (Fano Ugo) // Физики : Биографический справочник / Под ред. А. И. Ахиезера. — Изд. 2-е, испр. и доп. — М. : Наука, 1983. — С. 271. — 400 с. — 200 000 экз.
• Rau A.R.P. Ugo Fano's Scientific Life, Including a Curriculam Vitae and a List of His Publications // Physics Essays. — 2000. — Vol. 13. — P. 158—175.
• Fano U. The Memories of an Atomic Physicist for My Children and Grandchildren // Physics Essays. — 2000. — Vol. 13. — P. 176—197.
• Clark C.W. Obituary: Ugo Fano (1912–2001) // Nature. — 2001. — Vol. 410. — P. 164.
• Berry R.S., Inokuti M. Ugo Fano (Obituary) // Physics Today. — 2001. — Vol. 54 (9). — P. 73—74.
• Bianconi A. Ugo Fano and shape resonances // AIP Conference Proceedings. — 2003. — Vol. 652. — P. 13—18. — arXiv:cond-mat/0211452.
• Inokuti M., Rau A.R.P. Ugo Fano (1912–2001) // Physica Scripta. — 2003. — Vol. 68. — P. C96—103.
• Vittorini-Orgeas A., Bianconi A. From Majorana Theory of Atomic Autoionization to Feshbach Resonances in High Temperature Superconductors // Journal of Superconductivity and Novel Magnetism. — 2009. — Vol. 22. — P. 215—221. — arXiv:0812.1551.
• Berry R.S., Inokuti M., Rau A.R.P. Ugo Fano // Biographical Memoirs of the National Academy of Sciences. — 2009. — P. 1—22.
• Berry R.S., Inokuti M., Rau A.R.P. Ugo Fano. 28 July 1912 — 13 February 2001 // Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society. — 2012. — Vol. 58. — P. 55—66.