Даниил Данин - Резерфорд

Стрелка электрометра приходит в движение: урановая радиация порождает в воздухе ионы — газ перестает быть изолятором, между пластинками течет ток. Он тем сильнее, чем больше создается ионов. А ионов тем больше, чем интенсивней радиация. Стоит накрыть слой урана тончайшим металлическим листком, и часть радиации поглотится. Станет слабее ток. Стрелка электрометра чуть отползет назад. Она отползет назад еще заметней, если заэкранировать уран преградой из двух листков, из трех, четырех… двенадцати… двадцати… В конце концов наступит момент, когда стрелка электрометра вернется в нулевое положение. Проникающая способность радиации иссякнет, и экран поглотит все лучи. Больше некому будет создавать ионы в воздухе, и ток прекратится.

А если не прекратится?!

Норман Фезер уверяет, что Резерфорд был поражен неожиданностью открывшейся ему картины. Но хочется думать обратное.

В общем-то психологические гадания об эмоциях исследователей к сути открытий решительно ничего не прибавляют. Наука бесстрастно приходует на своих необозримых складах проверенные истины. Она великолепно равнодушна к суетности наших переживаний. Даже к вечноболезненной проблеме приоритета, заставляющей страдать и отдельных людей и целые государства, она равнодушна. Но для истории исканий ученого — для его внутренней биографии — все это полно значения. Пустячность пустяков относительна: часто за ними маячит меняющийся образ человека.

Так вызывающе прост был замысел того классического эксперимента Резерфорда, что, право же, трудно поверить, будто он совсем не ожидал увидеть увиденное. Опыт был поставлен так, как если бы он заранее знал, что должно произойти. Это походило на демонстрацию физического закона во время лекции.

…Ток не прекращался. Он стал слабее в два с лишним раза, когда на порошок урана лег один листок алюминиевой фольги. Два листка уменьшили его почти в шесть раз. Три — почти в одиннадцать. Четыре — в двадцать раз… Все шло по обычному закону поглощения любой радиации в веществе: толща металла росла в арифметической прогрессии, а радиация иссякала гораздо быстрее — в прогрессии геометрической. Все шло по кривой, которую математики называют экспонентой. Казалось, довольно прибавить еще листок или два — и уже ни один лучик из урановой радиации не пробьется через алюминиевый экран. В слое воздуха над экраном перестанут рождаться ионы — исчезнет ток. Однако ни пятый, ни шестой листок нового уменьшения радиации не вызывали; стрелка электрометра не возвращалась к нулю. Такой же слабенький ток, как и при четырех листках, продолжал струиться сквозь воздух между цинковыми пластинками. Ни двенадцать, ни двадцать листков алюминия не смогли изменить этой установившейся картины.

Что же это означало? Может быть, какой-то агент извне, слабосильный, но упрямый, вмешивался в ход эксперимента и независимо от лучей урана разламывал молекулы воздуха на ионы?

Надо ли говорить, что такой — уже многоопытный! — экспериментатор, как двадцатишестилетний Эрнст Резерфорд, заранее предпринял необходимые меры предосторожности, дабы опыт оказался чистым. Совсем как в нынешних атомных лабораториях, он окружил свою установку свинцовой защитой от посторонних излучений.

Нет, всему виной был сам уран — необычный характер его радиации. Возникло подозрение, что это смесь двух разных излучений. Одно порождает в воздухе очень много ионов (сильный ток!), но вещество легко его поглощает: достаточно четырех листков алюминия, чтобы практически свести его на нет. Другое излучение несравненно слабее ионизирует воздух (слабый ток!), но зато обладает большой проникающей способностью; даже двадцать листков алюминиевой фольги для него неощутимая преграда.

Подозрение подтвердилось. Только понадобился экран толщиною в сто листков алюминия, чтобы наполовину сломить упрямство второго ионизирующего агента — вдвое уменьшить создаваемый им ток. Короче: экспонента второго уранового излучения оказалась как бы в сто раз более пологой, чем экспонента первого.

Резерфорд повторял свой эксперимент с разными соединениями урана и ставил на пути радиации разные экраны.

Менялись показания квадрантного электрометра. Менялась кривизна экспонент. Но не менялась общая картина. В тех опытах радиоактивное излучение впервые обнаружило свою неоднородность. Резерфорд увидел урановую радугу — ему открылись в ней на первых порах два контрастных «цвета».

Так появились в атомной физике первые крестники Резерфорда: он назвал эти два типа излучения начальными буквами греческого алфавита — альфа-лучи и бета-лучи.

А гамма?

Нет, не он стал их первооткрывателем. По ряду чисто физических причин они не могли ему даться в руки той весной 1898 года. Они были открыты два года спустя Полем Виллардом, чье имя благодаря одному этому сохранилось в истории физики. Но достойно внимания вот что: возможное существование таких сверхпроникающих лучей было предугадано Резерфордом все в том же четвертом параграфе его первой работы по радиоактивности.

Непонятно, почему этого не заметили его биографы — ни Ив, ни Фезер, ни Ивенс, ни Роулэнд, ни Андраде, ни МакКоун… После фразы, в которой Резерфорд выразил сожаление, что сравнительно малая интенсивность бета-лучей не позволила установить экспоненту их поглощения с такой же аккуратностью, как для альфа-лучей, он написал заключительные слова четвертого параграфа:

…Может быть, существуют и другие типы радиации… очень большой проникающей силы.

Кончалась весна 1898 года. Его исследование было в самом разгаре, когда он, совсем как вырвавшийся далеко вперед лидер гонки на одиночках, вдруг услышал за спиною поскрипывание чужих уключин. Он оглянулся — его догоняли!.. Впрочем, это сравнение дважды неточно. Во-первых, когда год назад он впервые взвешивал на ладони чашку с урановой солью и готовился в путь, на старте не было никого. (Беккерель не в счет — он открыл саму трассу.) Во-вторых, те, кто пустился в дорогу позже, шли иным маршрутом. И все же психологически это верно: он услышал за спиной явственный скрип чужих уключин.

12 апреля 1898 года в Париже маститый академик Габриэль Липпман представил академии научное сообщение тридцатилетней исследовательницы Марии Склодовской-Кюри — «О лучах, испускаемых соединениями урана и тория».

И тория? Да, и тория! Обнаружился еще один источник беккерелевой радиации. Мария Кюри уведомляла Парижскую академию:

…Я пыталась выяснить, могут ли какие-нибудь вещества, кроме соединений урана, делать воздух проводником электричества… Ториевые соединения очень активны… Лучи тория обладают большей проникающей способностью, чем лучи урана.