У́го Фа́но (итал. Ugo Fano; 28 июля 1912, Турин — 13 февраля 2001, Чикаго) — американский физик-теоретик итальянского происхождения. Член Национальной академии наук США (1976). Крупнейший специалист второй половины XX века в области теории взаимодействия излучения с веществом.

Биография

Уго Фано родился в Турине в богатой еврейской семье. Он был назван в честь деда, который сражался в войне за объединение Италии на стороне Джузеппе Гарибальди. Отец, Джино Фано (Gino Fano), был профессором геометрии Туринского университета. Мать, Роза Кассин (Rosa Cassin), происходила из семьи инженеров и была талантливой художницей и музыкантом. Брат Уго, Роберт Фано (Robert Fano), впоследствии также стал известным учёным, специалистом в области теории информации. Уго был болезненным ребенком и до четвёртого класса учился дома. В двенадцатилетнем возрасте он увлекся ездой на велосипеде, что позволило ему укрепить здоровье. Позже он увлекся туризмом и альпинизмом, много времени проводил на купленной много лет назад дедом вилле близ Вероны (Villa Fano). Среди школьных друзей Уго был Сальваторе Лурия, будущий знаменитый микробиолог и нобелевский лауреат.

После того, как Фано поступил в Туринский университет, его старший кузен Джулио Рака (Giulio Racah) убедил его заняться физикой и познакомил с Энрико Персико (Enrico Persico), под руководством которого Уго защитил докторскую диссертацию в 1934 году. После этого Персико устроил его на работу в группу Энрико Ферми, и Фано переехал в Рим. Здесь его основным наставником стал Эдоардо Амальди. В 1936 году Фано отправился на два года в Лейпцигский университет, где работал под руководством Вернера Гейзенберга. По возвращении он некоторое время работал лектором в Риме, однако активизировавшиеся в Италии гонения против евреев вынудили Уго и его невесту 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, а Уго, после заезда в Париж, 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 (Milislav Demerec) и занимался в основном радиобиологией. Его интерес к вопросам биофизики и генетики восходил к семинару Паскуаля Йордана, состоявшемуся в Риме в 1938 году. Фано также активно сотрудничал с Максом Дельбрюком, познакомив его с Сальвадором Лурией (они впоследствии разделили Нобелевскую премию). После вступления Соединенных Штатов в войну он перешёл на работу в Баллистическую лабораторию, расположенную на Абердинском испытательном полигоне в штате Мэриленд. Вскоре у него родилась дочь Мэри. Всего у Уго и Лиллы было двое детей — обе дочери.

После окончания войны Фано на год покинул Колд-Спринг-Харбор, чтобы поработать в Колумбийском университете над проблемой сложных элементарных процессов, вызываемых излучением в связи с его биологическими эффектами. В 1946 году Уго принял предложение перейти в Национальное бюро стандартов, где продолжал работать до 1966 года. В 1948 году он впервые вернулся в Италию, затем продолжал периодически приезжать 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 в контексте её использования в физике атомных и ядерных столкновений.

В 1966 году, когда было принято решение о переводе Национального бюро стандартов в Гэйтерсберг (штат Мэриленд), Фано не пожелал туда переезжать и принял приглашение Чикагского университета, где продолжал работать до 2000 года. В 1972—1974 годах он возглавлял физический факультет, в 1982 году получил звание почетного профессора (Professor Emeritus). В университете он подготовил большое число студентов и аспирантов, со многими из которых продолжал сотрудничество и после их перехода в другие организации. В 1990—1995 году Фано выполнял обязанности помощника редактора журнала Reviews of Modern Physics. Он скончался в Чикаго в результате осложнений, связанных с болезнью Альцгеймера.

Научная деятельность

• Первая важная работа Фано, проведенная вместе с 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. К этой теме Фано вернулся в 1961 году, введя параметр асимметрии линии. Эта идея была использована в 1963 году для объяснения странных спектральных линий гелия за счет двухэлектронного возбуждения через квазидискретное состояние на фоне континуума. Идея асимметричного резонанса Фано, возникающего за счет интерференции континуума и дискретного состояния, оказалась чрезвычайно плодотворной не только в атомной физике, но и в физике конденсированного состояния, физике квантовых точек, фотонике.

• Изучение двукратно ионизованных атомов привело Фано к идее коллективных квантовых чисел и координат, при помощи которых можно описывать целые системы частиц. Многократно ионизованные атомы соответствуют наименее исследованной области спектра между ближним ультрафиолетом и рентгеновскими лучами. Процессы одновременного возбуждения нескольких электронов дают качественно иную картину, нежели возбуждение лишь одного. Для изучения этих процессов и был предложен принципиально новый подход.

• В 1965 году совместно с Лихтеном Фано дал объяснение процессам перехода кинетической энергии сталкивающихся атомов в энергию возбуждения электронов (механизм Фано — Лихтена). Этот механизм имеет общее значение в теории химических превращений.

• Работая в группе Демереца, Фано изучал воздействие рентгеновского излучения на 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 привел Фано к осознанию недостаточности чисто статистической теории мишеней, поэтому он занялся изучением детальных атомно-молекулярных процессов, происходящих при попадании энергичной заряженной частицы в среду. Он определил некоторые вещества, такие как кислород, способные уменьшать радиационные повреждения, установил время, необходимое клетке для восстановления после повреждения.

• В 1947 году Фано ввел фактор (Fano factor), определяющий отклонения от средней эффективности ионизации, которая вызывается в среде излучением. В 1954 году совместно с Л. Спенсером он проанализировал энергетический спектр замедления быстрых электронов в среде. Он также установил теорему Фано о том, что поток вторичных частиц не зависит от вариаций плотности объёма, возбуждаемого первичным излучением. Этот факт играет важную роль в дозиметрии.

• В 1957 году Фано сделал важный вклад в использование концепции матриц плотности и операторных представлений (уравнение Лиувилля) в атомной и молекулярной физике, продемонстрировав мощь этих подходов.

Награды

• Иностранный член Национальной академии деи Линчеи
• Иностранный член Лондонского королевского общества
• Премия Фулбрайта (Fulbright Award, 1956)
• Премия Дэвиссона и Джермера (Davisson-Germer Prize, 1976)
• Премия Энрико Ферми (1995)

Основные публикации

Книги

• U. Fano, L. Fano. Basic physics of atoms and molecules. — NY: Wiley, 1959.
• U. Fano, G. Racah. Irreducible tensorial sets. — NY: Academic Press, 1959.
• У. Фано, Л. Спенсер, М. Бергер. Перенос гамма-излучения. — М.: Госатомиздат, 1963.
• U. Fano, L. Fano. Physics of atoms and molecules: An Introduction to the structure of matter. — Chicago: University Press, 1972. Перевод: У. Фано, Л. Фано. Физика атомов и молекул. — М.: Наука, 1980.
• U. Fano, A. R. P. Rau. Atomic collisions and spectra. — NY: Academic Press, 1986.
• U. Fano, A. R. P. Rau. Symmetries in quantum physics. — NY: Academic Press, 1996.

Статьи

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

Литература

• Уго Фано // Ю. А. Храмов. Физики: Биографический справочник. — 1983. — С. 271.
• Special Issue in Honor of Prof. Ugo Fano — Part 1 // Physics Essays. — 2000. — Vol. 13. — P. 154—338.
• Special Issue in Honor of Prof. Ugo Fano — Part 2 // Physics Essays. — 2000. — Vol. 13. — P. 339—514.
• C. W. Clark. Obituary: Ugo Fano (1912–2001) // Nature. — 2001. — Vol. 410. — P. 164.
• R. S. Berry, M. Inokuti. Ugo Fano (Obituary) // Physics Today. — Sept. 2001. — P. 73—74.
• R. S. Berry, M. Inokuti, A. R. P. Rau. Ugo Fano // Biographical Memoirs of the National Academy of Sciences. — 2009. — P. 1—22.
• R. S. Berry, M. Inokuti, A. R. P. Rau. Ugo Fano. 28 July 1912 — 13 February 2001 // Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society. — 2012. — Vol. 58. — P. 55—66.