Уолтер Гратцер - Эврики и эйфории. Об ученых и их открытиях

Дядя решил выйти на берег. Нужно было понять, насколько безопасно плыть дальше. Однако море было по-прежнему бурным; все складывалось против. Рабы расстелили ему простыню, чтобы он мог лечь, и еще он выпил чашку или две холодной воды. Языки пламени и запах серы, который обычно подсказывает, что пламя близко, заставили всех прочих бежать. Пламя заставило встать и его. Он приподнялся, опираясь на двоих молодых рабов, но сразу же упал. Думаю, густой дым забил ему глотку и перекрыл пищевод, с рождения слабый и доставлявший ему одни неприятности. Когда два дня спустя тьма рассеялась и труп нашли, на нем не было ни единой царапины.

Источник: Pliny: A Selection of his Letters, trans. Creig Clarence (Cambridge University Press, London, 1978).

В 1934 году физики пребывали в крайнем волнении по поводу трансмутации, или превращения одних элементов в другие. Было доказано, что ядра некоторых тяжелых атомов способны захватить летящий нейтрон и в итоге превратиться в новый, более тяжелый, изотоп. Энергия, переданная нейтроном ядру в момент столкновения, излучалась в виде гамма-лучей, которые и свидетельствовали, что реакция проходит успешно. Великий итальянский физик Энрико Ферми запустил целую программу исследований, чтобы выяснить, как ведут себя разные элементы при нейтронной бомбардировке. Радость от первых успехов в опытах с легким элементом (натрием) была омрачена странностями результата: гамма-излучение возникало с куда большей задержкой, чем позволяла теория. Нужно было более убедительное доказательство захвата нейтронов. Два молодых и талантливых ассистента Ферми, Эмилио Сегре и Эдуардо Амальди, решили, что справились с задачей, когда показали, что алюминий, следующий объект изучения, оказался способен не только захватывать нейтроны, но и образовывать при этом радиоактивный изотоп со временем жизни (измеренным по испусканию гамма-лучей) около 3 минут. Обрадованный Ферми сообщил об этом на конференции в Лондоне.

Однако затем Сегре, простудившись, решил провести несколько дней дома и оставил Амальди продолжать опыты в одиночку. К всеобщему разочарованию, тот не смог повторить прежние наблюдения. Ферми, крайне обозленный перспективой унизительного опровержения, выплеснул все недовольство на ассистентов, которые теперь раз за разом получали стабильно ошибочные и, как могло показаться, бессмысленные результаты. Тогда в лаборатории и появился новый сотрудник — молодой одаренный физик, Бруно Понтекорво. Знаменитым он стал 20 годами позже: располагая важной информацией о разработках ядерного оружия, он сбежал в Советский Союз. Понтекорво и Амальди принялись за калибровку процесса нейтронной активации, взяв серебро за эталон — было известно, что при захвате нейтрона оно дает относительно долгоживущий изотоп, за распадом которого удобно наблюдать. Но тут, к изумлению и даже ужасу экспериментаторов, выяснилось, что результат зависит от конкретного места, где ставят опыт. Вот как это описывает Амальди: “В темной комнате рядом со спектрометром стояло несколько деревянных столов, которые обладали волшебным свойством: облученное на них серебро приобретало куда большую активность, чем когда его облучали на мраморном столе в той же комнате”.

Аномалия требовала отдельного расследования. Поначалу решили оградить прибор от внешних воздействий заслоном из свинца. Но тут ассистентам Ферми пришлось уйти — принимать у студентов экзамены, и нетерпеливый Ферми решил продолжать эксперимент сам. О том, что случилось дальше, Ферми рассказал в письме своему будущему коллеге, знаменитому космологу Субраманьяму Чандрасекару:

Вот как я пришел, вероятно, к самому важному из моих открытий.

Мы весьма активно работали над индуцированной нейтронами радиоактивностью, однако результаты получались абсолютно бессмысленными. И тут вдруг меня посетила мысль: а что, если на пути у падающих нейтронов поставить кусок свинца? С огромным трудом мне удалось добыть аккуратно изготовленный образец для эксперимента. Однако что-то меня смущало, и я был рад любому поводу оттянуть эксперимент со свинцом. Когда, наконец, я все-таки собрался уже установить его куда следовало, я вдруг подумал: “Стоп, кусок свинца мне тут не нужен, а нужен кусок парафина”. Это случилось неожиданно, безо всякой видимой причины. Я тут же взял первый кусок парафина, какой попался под руку, и установил его там, где минуту назад хотел поставить свинец.

Ферми тут же получил резкий скачок вверх активности мишени. Он велел срочно созвать Сегре и остальных сотрудников в лабораторию, чтобы те увидели поразительный эффект своими глазами. Сегре решил, что счетчик радиоактивности просто сломался, и его потом долго убеждали, что он ошибается. Ужиная дома с женой (как он поступал всегда, что бы ни случилось с ним днем), Ферми размышлял: если эффект от парафина настолько велик, а еще активация зависит от того, на мраморном столе или на деревянном ставят опыт — то, возможно, нейтроны замедляются в столкновениях с ядрами водорода (то есть протонами, масса которых почти совпадает с массой нейтрона), а уж водорода в парафине или дереве хватает с избытком. И что, если — вопреки изначальному предположению — легче всего поглощаются медленные, а вовсе не быстрые нейтроны?

Ферми вернулся в лабораторию и вместе с ассистентами вынес источник нейтронов и серебряную мишень к пруду посреди институтского сада. Водород, содержавшийся в воде и в золотых рыбках, вел себя точно так же, как и водород в парафине. После были перепробованы и другие легкие элементы, которые тоже срабатывали, но неизменно хуже, чем водород, — тот при столкновении отбирал у нейтрона наибольшую часть импульса. Написанную вскоре статью отправили в лучший итальянский физический журнал. Так была открыта новая глава в истории атомной физики (и в истории теорий, которые в конце концов привели к созданию атомной бомбы). Знаменитый физик-теоретик Ганс Бете говорил, что поглощение медленных нейтронов могло бы остаться неоткрытым, не будь Италия столь богата мрамором — тут даже лабораторная мебель делается из этого дорогого камня.

Совсем недавно обнаружились новые детали. Два итальянских физика узнали, что человек, в 1934-м работавший смотрителем лаборатории, дожил до столетия Ферми, которое отмечали в 2001-м. По его воспоминаниям, уборщица Цеза-рина Марани ежедневно мыла мраморные полы в коридоре и как раз тогда оставила три ведра воды под лабораторной скамьей. Позже ассистенты Ферми их заметят, а влажный воздух над ведрами признают источником столь важного для эксперимента водорода.

История со всеми ее захватывающими деталями излагается в замечательной книге: Rhodes Richard, The Making of the Atomic Bomb (Simon & Schuster, New York, 1988J.