Кессель Александр Рахмиэлевич

23 июня 2003 г. на 67 году оборвалась жизнь выдающегося физика, профессора, заслуженного деятеля науки РФ, заведующего Лабораторией резонансных явлений КФТИ КазНЦ РАН и просто чуткого, отзывчивого, талантливого человека Александра Рахмиэлевича Кесселя.

А.Р. Кессель пришел в КФТИ в 1958 году после окончания физико-математического факультета Казанского государственного университета, где он проходил специализацию по теоретической физике и был учеником С.А.Альтшулера. Вся его дальнейшая жизнь была связана с институтом, где он последовательно прошел путь от аспиранта до заведующего крупной лабораторией.

Можно отметить основные результаты, полученные Александром Рахмиэлевичем в первоначальный период его работы:

• Предсказаны переходные процессы нового типа в спин-системах (электрическая дипольная и квадрупольная индукция и эхо от парамагнитных ионов, индуцированные звуком спиновое эхо ядер в ионных кристаллах и антиферромагнетиках, селективная спиновая прозрачность металлов для сигналов индукции и эха электронов проводимости) большинство из которых обнаружено в экспериментальных лабораториях КФТИ и за рубежом.
• Высказана идея о существовании квантования спинов в поле сильной акустической волны (обнаружено в КФТИ) и рабочих степеней свободы квантового генератора в электромагнитном поле генерации. Обнаружено электроакустическое эхо в пьезоэлектрических материалах и установлена его природа. Получен диплом на открытие № 220 совместно с И.А. Сафиным, проводившим эксперимент, а также с Н.Н. Крайник и С.Н. Поповым из Петербургского ФТИ АН.

Этот этап деятельности завершился написанием монографии «Акустический резонанс», впоследствии переведенной на немецкий язык.

Следующий этап научной деятельности А.Р. Кесселя связан с развитием теории кинетических процессов в спин-системах с обменным взаимодействием, допускающим строгое квантово-статистическое описание. Совместно со своими сотрудниками М.П. Желифоновым, Р.З.Бариевым, Г.О.Беримом Александр Рахмиэлевич изучал неравновесные свойства магнетиков с изинговским обменным взаимодействием. Вещества с сильным обменным взаимодействием широко распространены в природе и интенсивно изучаются как экспериментально, так и теоретически. В описании спиновых систем с сильным обменным взаимодействием достигнут значительный прогресс, обусловленный успешной «моделизацией» задач такого рода. Одной из таких хорошо разработанных многочастичных моделей является модель Изинга. Двухмерная модель Изинга является одной из немногих нетривиальных моделей статистической механики, допускающей точное аналитическое описание фазового перехода в равновесном случае.

Значительно более сложные проблемы возникают при попытке описать неравновесное поведение многочастичных моделей. Трудности связаны как с выводом линейных уравнений, описывающих временную эволюцию физических параметров, так и с их решением. В связи с этим изучение неравновесных свойств модели Изинга представляет особый интерес, поскольку в рамках этой модели удается преодолеть многие из принципиальных трудностей теории. А.Р. Кессель и Г.О. Берим являются авторами книги «Магнитный резонанс изинговских магнетиков», в которой развита точная теория магнитного резонанса магнетиков такого типа, найдены резонансные частоты и точные выражения для интегральных интенсивностей и параметров формы резонансных линий через корреляционные функции модели . Методом неравновесного статистического оператора точно получены замкнутые кинетические уравнения. На основании этих точных результатов дано аналитическое подтверждение двух известных гипотез статистической механики – о существовании спиновой температуры и сокращенного статистического описания.

Оригинальность постановки задачи и выбора их решения, умение разрабатывать методы решений, переключаться на отдаленные для себя научные проблемы и математическое их моделирование – черты научного почерка А.Р.Кесселя. Характерный пример – успешная работа по тематике совместно с отделом энергетики КазНЦ РАН. Идеи, заложенные в основу модели Изинга, используются для рассмотрения процессов эволюции свойств нефтяных пластов в процессе фильтрации. А.Р. Кессель предложил динамическую модель вытеснения нефти из пласта. Дано квазиквантовомеханическое описание перкаляционной решетки посредством введения функции состояния и гамильтониана, отображающих процесс замещения нефти водой. В результате были изучены общие черты такой эволюции и с помощью экспериментов на ЭВМ определены корреляционные длины, число и размер кластеров запертой нефти, фрактальная размерность водного кластера и т.д. Еще одной проблемой, успешно решенной в рамках стохастического подхода, явлилось создание модели фильтрации нефтяных пластов, основанной на теории перкаляции и физики фракталов. Эта серия работ была поддержана государственной программой РФ «Недра России».

Особой чертой Кесселя А.Р. была способность объединять вокруг себя молодых, активно работающих сотрудников. Все начинания и идеи учеников всегда им поддерживались и оказывалась всяческая помощь в их реализации. В 1975 году был организован сектор теоретической физики, который дал институту четырех докторов наук, ставших впоследствии самостоятельными способными руководителями лабораторий.

В девяностые годы Александром Рахмиэлевичем совместно с сотрудниками было обращено внимание на то обстоятельство, что оптические двухуровневые атомы (ДУС) можно описывать с помощью формализма спинов и, следовательно, попытаться приложить к оптическим системам накопленный багаж изучения кинетических спиновых процессов. Получен гамильтониан косвенного электрического дипольного взаимодействия ДУС. Если при выводе оператора косвенного взаимодействия в качестве гамильтониана взаимодействия двух подсистем взят оператор электрического квадрупольного взаимодействия с полем излучения, то косвенное взаимодействие псевдоспинов двухуровневой оптической системы через электромагнитное поле содержит члены типа изинговского обменного взаимодействия. Следует ожидать, что парное взаимодействие ДУС проявится в виде неоднородной ширины оптического перехода и в кинетике неравновесных оптических процессов. Методом, заимствованным из магнитного резонанса, но являющимся достаточно общим, были выведены на основе нового гамильтониана кинетические уравнения для оптических систем.

В последние годы А.Р.Кессель работал в области квантовой информатики. Он понимал, что благодаря сочетанию развитой теории и изощренной техники эксперимента существует возможность реализовывать простейшие квантовые алгоритмы на серийно выпускаемых спектрометрах ЯМР. Его поиск был направлен на создание новых принципов кодирования и обработки информации для квантового компьютера. Совместно с В.Л.Ермаковым был предложен формализм виртуальных спинов и показана возможность применения многоуровневых квантовых систем с дискретным неэквидистантным спектром для физической реализации набора квантовых вентилей, необходимого для построения произвольного алгоритма для квантового компьютера. Было показано, что такой набор вентилей, включая двухкубитные, можно построить на ядре со спином 3/2.

Другой предложенный им подход состоит в том, чтобы сопоставить кубитам квантовой информатики, основанной на ЯМР, не состояния отдельных спинов, а их коллективные состояния с учетом взаимодействия между ними. Такой подход позволяет ввести устойчивый вычислительный базис в ЯМР твердого тела и на его основе – универсальный набор логических вентилей. Рассмотрен эффект фотонного эха от одного фотона для изучения парадоксов квантовой механики, и новая среда для функционирования квантового компьютера.

Александр Рахмиэлевич является ярким примером самоотверженной и эффективной жизни в науке. За успешную научно-педагогическую работу и вклад в науку Кесселю А.Р. была присуждена медаль им. П.Л.Капицы Российской Академии Наук, и он был избран академиком РАЕН.

Александр Рахмиэлевич пользовался заслуженным авторитетом среди сотрудников института, свидетельством чему является избрание его членом Президиума КазНЦ РАН, членом Научного Совета «Физика твердого тела» при Президиуме РАН.

А.Р. Кессель был высокообразованным человеком с широкой эрудицией и глубоким пониманием литературы, живописи, музыки. Посещение музыкальных концертов, литературных вечеров и выставок живописи составляло важную часть его образа жизни: на встречах с друзьями особенно ярко раскрывалось его поэтическое дарование, свойственное ему чувство юмора и просто любовь к жизни во всех её проявлениях

Он оставался верным своим научным и жизненным принципам до конца своих дней.     

И.С. Донская, И.В.Овчинников