В 1958 году «за открытие и толкование эффекта Черенкова» И. Е. Тамму, И. М. Франку и П. А. Черенкову была присуждена Нобелевская премия по физике. По существующему положению, Нобелевская премия присуждается лишь здравствующим ученым, поэтому в списке награжденных не было С. И. Вавилова. Однако открытое излучение по справедливости получило название излучения Вавилова — Черенкова.
Академик П. А. Черенков писал: «Результаты всех этих трудов Сергея Ивановича Вавилова стали одним из основных фундаментов современного учения о люминесценции. На базе этого фундамента стало возможным одно из важнейших открытий современной физики — открытие излучения частиц сверхсветовой скорости. Не останавливаясь на деталях этого открытия, я хотел бы сказать, что оно могло осуществиться только в такой научной школе, как школа С. И. Вавилова, где были изучены и определены основные признаки люминесценции и где были разработаны строгие критерии отличия люминесценции от других видов излучения. Не случайно поэтому, что даже в такой крупнейшей школе физиков, как парижская, прошли мимо этого явления, приняв его за обычную люминесценцию. Я специально подчеркиваю это обстоятельство потому, что оно полнее и, как мне кажется, правильнее определяет ту выдающуюся роль, которую сыграл С. И. Вавилов в открытии нового эффекта».
Открытие излучения Вавилова — Черенкова заложило основы нового раздела современной физики, изучающего электродинамику движущихся источников света в преломляющей среде со сверхсветовой (релятивистской) скоростью. Уникальные свойства излучения Вавилова — Черенкова в настоящее время широко используются для установления наличия и исследования свойств различных типов элементарных частиц высоких энергий. В частности, скорость частиц больших энергий может быть установлена по угловому распределению излучения Вавилова — Черенкова с очень высокой точностью, достигающей 0,1 процента.
Созданы специальные счетчики элементарных частиц (счетчики Черенкова), где в качестве приемника света используются фотоэлектронные умножители. Работа этих счетчиков основана на регистрации излучения Вавилова — Черенкова. По наличию и характеру этого излучения удается обнаружить не только сам факт присутствия элементарных частиц и с высокой точностью определить их скорость, но и установить их природу, решить, вызывается ли излучение электронами, позитронами, протонами или другими элементарными частицами.
Изучение свечения Вавилова — Черенкова привело к ряду выдающихся открытий. Так, с его помощью в 1955 — 1956 годах были открыты новые элементарные частицы — антипротон и антинейтрон, первые частицы антивещества, полученные в земных условиях.
Счетчики Черенкова широко используются при изучении космических лучей — потоков быстрых элементарных частиц, создаваемых космическим излучением в атмосфере Земли. Счетчики устанавливают на искусственных спутниках Земли и на космических ракетах. Созданы специальные спектрометры Черенкова, позволяющие с большой точностью и в широком диапазоне определять энергию гамма-лучей при проведении опытов с различными типами ускорителей. Излучение Вавилова — Черенкова применяют для генерации миллиметровых радиоволн, при решении проблемы создания управляемых термоядерных реакций, ряда важных астрофизических вопросов и т. д.
Излучение Вавилова — Черенкова широко распространено в природе. Его, с одной стороны, необходимо учитывать при изучении разнообразных природных процессов и явлений, с другой стороны, его широко используют при решении многих важнейших проблем, встающих перед физической наукой. Ныне каждый физик знает, насколько велико значение этого открытия.
Священная война
22 июня 1941 года мирный труд советских людей был прерван вероломным нападением гитлеровской Германии. Началась Великая Отечественная война. На следующий день состоялось заседание президиума Академии наук СССР, принявшее решение о перестройке работы академии на военный лад. В целях сохранения научных кадров, материальных ценностей и скорейшего проведения неотложных исследований многие академические институты были переведены в глубокий тыл. В конце июля 1941 года ГОИ был эвакуирован в Йошкар-Олу, а ФИАН — в Казань. С. И. Вавилов продолжал руководить обоими институтами.
В Ленинграде осталась группа работников ГОИ. Несмотря на холод и голод, она развернула самые необходимые работы. Были налажены ремонт и модернизация различных типов дальномеров для противовоздушной обороны, разработаны методы контроля маскировочных покрытий и методы маскировки военных кораблей, изготовлялись особые полетные очки для летчиков, создавались зеркальные перископы для снайперских винтовок, ремонтировалась фотоаппаратура для подводного флота и т. п. В это время в Москве в здании ФИАНа начал действовать небольшой завод, обеспечивающий нужды фронта.
Для эвакуации отъезжающих сотрудников ГОИ был выделен специальный эшелон. Разместились в сорока товарных вагонах. По прибытии в Йошкар-Олу собственными силами организовали перевозку имущества на Советскую улицу, во двор нового трехэтажного здания Лесотехнического института, временно отведенного для ГОИ.
Здание было совершенно не приспособлено для исследовательского института. Сотрудники ГОИ принялись за его переустройство. Двусветный зал разделили нестругаными досками на небольшие комнаты, которые, в свою очередь, перегородили на кабины. По стенам протянули временную электропроводку. Пока шло строительство, оборудование и библиотека находились во дворе. Начались дожди, и людям пришлось просушивать каждую книжку, протирать каждый прибор. Вавилову был отведен кабинетик на первом этаже.
Эвакуацией ФИАНа Сергей Иванович руководил сам. Он давал указания, что брать с собой, как упаковывать и т. п. По его настоянию в Казань была перевезена богатейшая библиотека института. Она бережно сохранялась, и ею широко пользовались сотрудники всех институтов академии, на время переведенных в Казань.
Эвакуированные институты разместились в зданиях Казанского университета. Небольшой физический корпус университета был отведен под три института: первый этаж был отдан Институту физических проблем, второй — Ленинградскому физико-техническому институту, а помещение физического практикума на третьем этаже отдано ФИАНу. В десяти небольших комнатах пришлось работать семидесяти семи сотрудникам, библиотека разместилась в коридоре. Несмотря на все трудности, уже в августе 1941 года институт начал работать в полную силу.
Производственные площади были крайне ограниченны, не хватало оборудования и материалов, мешали перебои с подачей электроэнергии и воды, газа не было вообще. Жили в страшной тесноте, постоянно ощущая нехватку продовольствия и топлива. Однако все понимали, что идет смертельная борьба, от исхода которой зависела судьба страны, и никто не жаловался. Работая по десять часов в день, каждый старался сделать все возможное, чтобы приблизить победу.
Сергей Иванович и Ольга Михайловна Вавиловы в Йошкар-Оле жили сначала в деревянном домишке по улице Волкова, затем перебрались в трехэтажное каменное здание общежития ГОИ на Комсомольской улице. Сын Сергея Ивановича был на фронте. В это время он защищал Ленинград. Соседом Вавиловых оказался академик А. Н. Теренин.
В годы войны с особой силой проявился организаторский талант Сергея Ивановича. В статье «На новом этапе», помещенной в стенгазете ГОИ осенью 1941 года, Сергей Иванович писал: «Нам дана полная возможность в новых условиях продолжать работу, и не требуется доказательств и разъяснений, что эта работа должна быть полностью направлена на помощь Красной Армии... Мы пересмотрели план работ и будем его и в дальнейшем пересматривать в зависимости от обстановки, стремясь возможно ближе и непосредственнее привести его к решению неотложных требований... Но пересмотра плана недостаточно. На всех нас лежит обязанность возможно скорее начать работу в новых условиях, увеличив ее объем, напряженность и качество. Обстоятельства заставляют нас становиться в новых условиях по временам грузчиками, плотниками, мастерами, и всем должно быть понятно, что эта работа почетная, что она ускорит срок пуска всего института, а следовательно, должна помочь фронту... Об этом нужно помнить всегда, каждый день, независимо от установленных планов».
Для ускорения исследований С. И. Вавилов использовал не только свои, но и местные кадры. Так, по его инициативе к работам ФИАНа подключилась лаборатория казанского химика академика Александра Ерминингельдовича Арбузова.
Сергей Иванович не только осуществлял общее руководство исследованиями в ГОИ, но и сам принимал непосредственное участие во многих из них. В результате кроме упомянутого прежде армия получила новые образцы стереотруб, различных объективов для аэрофотосъемки, были разработаны методы светомаскировки, установлены нормы допустимых освещенностей объектов в обычное время и во время воздушной тревоги. Эти методы широко использовались при освещении пристаней на Волге, которая была особо важным стратегическим путем перевозки военных грузов. Были созданы специальные устройства с использованием светосоставов постоянного действия, дававшие возможность артиллерии вести прицельный огонь в ночное время, осуществлены расчеты светосигнальных фотографических систем.
Разрабатывались новые методы спектрального анализа, создавались новые сорта оптического стекла, были разработаны люминесцентные методы и соответствующая аппаратура для изыскания солонцовых нефтей. По настоянию С. И. Вавилова продолжилась начатая до войны разработка электронных микроскопов.
В ФИАН по инициативе С. И. Вавилова изготовлялись люминесцентные светосоставы постоянного действия для нанесения на шкалы приборов, и прежде всего приборов самолетов. Эти приборы были незаменимы во время ночных полетов. Был налажен выпуск малых серий опытных люминесцентных ламп для подводных лодок. С. И. Вавилов, В. Л. Левшин, Б. М. Вул и С. А. Фридман посетили танковую школу, чтобы выяснить потребности танкистов. В результате были созданы светосоставы, дающие световую вспышку под действием инфракрасных лучей, которые в 1943 году успешно прошли испытания и в дальнейшем использовались для целей ночного видения и сигнализационных целей.