Даниил Данин - Нильс Бор

…О вероятностях разных событий, возможных при столкновении атомного ядра с налетающей частицей, физики разговаривают на зримом геометрическом языке: они ввели наглядный образ — СЕЧЕНИЕ события.

Частица летит к ядру, как пуля к мишени. Поразит или не поразит? Шансов тем больше, чем больше мишень. Сравненье поперечных сечений — это сравненье вероятностей успеха.

Но содержательность этого образа не в его точности, а напротив — в условности. Ядра не безучастные мишени. Микрочастицы не безучастные пули. Тут происходят мудреные взаимодействия. Одни — легко, и потому часто. Другие — трудно, и потому редко. И хотя геометрические размеры ядра все те же, а депо выглядит так, будто для одних частиц и событий у ядра маленькое сечение, а для других — большое.

Однако как раз для захвата нейтронов ничего особенного не предвиделось. В духе старого предсказания Резерфорда ожидалось, что и быстрые и медленные нейтроны будут «видеть» сердцевину атома примерно в ее натуральную величину. А преимущество медленных — то, что их легче захватить на лету, — не очень меняло такую оценку.

Меж тем в римских опытах «мальчиков Ферми» — Амальди, д'Агостиио, Понтекорво, Разетти, Сегрэ — постепенно открылась фантастическая картина: когда на тяжелые ядра тихо падали медленные нейтроны определенных энергий, эти ядра словно раздувались для них в непомерные шары («апельсины», — острил Ферми). Вероятность захвата таких избранных нейтронов резко возрастала.

Отчего же именно они приходились ядру по вкусу? Квантовое объяснение было наготове: очевидно, каждый такой нейтрон приносил с собою как раз столько энергии, сколько надобно было ядру, чтобы подняться по своей энергетической лестнице на новую устойчивую ступеньку. Это лишний раз доказывало существование такой лестницы не только в атоме, но и в атомном ядре!

И конечно, возбужденное ядро стремилось освободиться от избытка энергии и прийти к наибольшей устойчивости — свалиться вниз по лестнице разрешенных уровней на самую нижнюю ступеньку. В атоме это стремление заставляло электроны падать поближе к ядру и обнаруживалось в излучении квантов света. А что и куда падало в ядре?

Иногда и там происходило нечто похожее: ядро освобождалось от возбуждения, излучая невидимый свет — гамма-кванты. Но часто ядра избавлялись от избытка энергии и совсем по-другому. Там открылись иные возможности. О них давала знать радиоактивность: ядра выбрасывали разные частицы.

Словом, квантовая лестница была в ядре устроена явно иначе, чем в электронных владениях атома.

Там, в атомной сердцевине, вершились сложные и темные события. Состоящие только из протонов и нейтронов, ядра вдруг исторгали вчетверо более тяжелые альфа-частицы или почти в две тысячи раз более легкие электроны. Ядра выбрасывали при распаде то, чего в них раньше вовсе и не было. Там работала незримая лаборатория, где варились первоосновы материи. И как была устроена эта лаборатория да как происходили в ней ядерные реакции, не понимал никто. Бор не являл собою исключения.

«Действительно, мы должны сознаться, — написал он тогда, — что нет у нас никаких оправданий даже для простого предположения, что внутри ядра существуют те частицы, какие высвобождаются при его разрушении».

Не только классическая физика, но и квантовая с такой чертовщиной еще не встречалась!

Вот и тяжелое ядро, возбужденное захватом медленного нейтрона, оно могло приходить к устойчивости разными путями, начиная от излучения гамма-кванта и вплоть до…

Ради этого-то ВПЛОТЬ ДО, открывшего через пять лет АТОМНЫЙ ВЕК, и длится здесь рассказ о нейтронной лихорадке 35-го года на Блегдамсвей. Экспериментаторам предстояло обнаружить, а теоретикам осмыслить никем не предвиденный вариант распада возбужденных ядер урана: их развал на две почти равные части с выделением огромной энергии.

Как позже прояснилось, уже в римских опытах урановые ядра демонстрировали этот вариант распада. Он мог быть открыт уже тогда! Да только никому из теоретиков не приходило в голову, что такая малость, Как захват медленного нейтрона, способна привести к столь грандиозному микрособытию, как раскалывание тяжелого ядра пополам. Не действовал ли тут какой-то заслоняющий даль психологический барьер? Похоже, что так…

Еще короток был век ядерной физики. Но уже достаточно длинен, чтобы в ней произошло неизбежное: сложились и окрепли заведомо упрощающие действительность убеждения. И было среди них подкупающее ясностью, бытующее и сегодня (хотя, конечно, не у физиков) картинное представление о судьбе ядра, столкнувшегося с меткой частицей: прилетевшая пуля попадает в одну из ядерных частиц и выбивает ее прочь…

Не только в 35-м году, но и позже Бор с огорчением замечал, что эта картина еще жива в теории.

«Рассматривая столкновения, обычно предполагают, что превращение атомного ядра состоит по преимуществу в прямой передаче энергии от падающей частицы к какой-нибудь из частиц исходного ядра и оттого-то сопровождается выбрасыванием последней».

Такая картина не могла ни подсказать, ни вместить догадку, что вдруг ядро разваливается пополам под ударом слабенького снаряда.

Бор писал это в 1937 году вместе с талантливым молодым датчанином Фрицем Калькаром (которому, к сожалению, оставалось недолго жить). И они еще вынуждены были предупреждать: «…От такой картины надо отказаться». Сам Бор решительно отказался от нее уже на исходе 35-го года, как раз когда в лабораториях института заработали все шесть новеньких источников нейтронной бомбардировки.

…Неизвестно, помогал ли Бор толочь бериллий в ступке. Но известно — он неотступно думал о вероятностях ядерных реакций. И потому настал тот зимний денек, которого не дождался Джон Уилер, слишком рано вернувшийся домой, в Штаты.

В то время там, в Штатах, немецкий теоретик Ганс Бете попытался рассчитать фантастические вероятности нейтронного захвата. И конечно, копенгагенцы обсуждали его исследование.

Отто Фриш (в воспоминаниях): «Я помню коллоквиум в конце 35-го года, когда кто-то докладывал о работе Бете. Бор все норовил прервать это сообщение, и я поинтересовался, не сдержав легкого раздражения, почему он не дает докладчику договорить. И тогда, внезапно остановившись посреди фразы, Бор опустился на свое место, а лицо его так же внезапно стало совершенно безжизненным. Мы всполошились — не сделалось ли ему дурно? Но всего лишь через несколько секунд он снова встал и произнес с виноватой улыбкой: «Теперь я это понимаю!» Понимание, достигнутое им на том памятном коллоквиуме, воплотилось в идее, ставшей известной под именем КОМПАУНД-ЯДРА.

В точности повторилась сцена, какую пятнадцать лет назад наблюдал Джеймс Франк в Берлине. Бор оставался все тем же.