Борис Казаков - Превращение элементов

Не следует, однако, думать, что резерфордовскому ученику сильно повезло, что он счастливчик, волей сложившихся обстоятельств пожавший плоды трудов французских учёных. Совсем нет! Он был подготовлен к открытию, шёл к нему уже много лет. За двенадцать лет до описываемых событий Резерфорд высказал убеждение в том, что со временем должна быть обнаружена частица, не имеющая заряда. Он говорил об этом в так называемой бейкерианской лекции ещё в 1920 г. Ни Ирен, ни Фредерик Жолио-Кюри своевременно не ознакомились с текстом её, полагая, что в таких лекциях редко можно найти что-нибудь новое, прежде не публиковавшееся. По собственному признанию Фредерика Жолио-Кюри, если бы случилось иначе, то нейтрон почти наверняка был бы открыт в Париже раньше, чем в Кембридже.

Что же дала новая частица физикам-исследователям? Очень много. Появилась возможность обстреливать ядра элементов, не преодолевая отталкивающего их действия. Ведь нейтрон не имеет заряда, он электрически не взаимодействует ни с протоном, ни с электроном. Открылась перспектива, правда, ещё пока не совсем ясная, попадать в ядро тяжёлой частицей с большей лёгкостью, не прибегая к помощи циклопических установок.

В том же году советский учёный Д.Д.Иваненко и независимо от него немецкий — В.Гейзенберг разработали теорию строения атомного ядра, отличную от прежних представлений. В ядре нет никаких электронов, не надо больше задавать вопроса — почему они не слипаются? Ядро составлено из протонов и нейтронов. Этим и объясняется разница в массах изотопов. Ядро тяжёлого водорода, например, в своём составе имело один протон и один нейтрон, поэтому заряд этого изотопа оставался неизменным, тогда как масса была удвоенной. В скором времени, менее чем через два года, был открыт и ещё один изотоп водорода, названный тритием, или сверхтяжёлым водородом, у которого в ядре было два нейтрона и один протон. Каждый химический элемент стал рассматриваться теперь как совокупность атомов, располагающих одинаковым числом протонов в ядре и неодинаковым — нейтронов.

Не столь многообещающее, но тоже сильно впечатляющее открытие было сделано в том же году. Физик-теоретик П.Дирак предсказал существование своеобразного антипода электрона — частицы его массы, но противоположного заряда. Далеко не всех убедил этот учёный, однако при исследовании следов частиц космического излучения американец К.Андерсон нашёл этот антипод, который был назван позитроном. Видимо, сам он считал, что у него ещё недостаточно данных, чтобы твёрдо говорить о «внеземной» положительно заряженной частице, и первую публикацию об этом сделал не в научном, а научно-популярном журнале. Знаменитый физик Милликен вскоре показал Резерфорду фотографию, снятую в камере Вильсона, находившейся в магнитном поле, на которой явственно был виден след частицы малой массы. След этой частицы изгибался в противоположную сторону от следа, оставляемого электроном. Появились в атомной физике новые загадки, но многое, до того необъяснимое, стало для учёных ясным и определённым, был получен импульс для новых поисков и исследований.

Как же повели себя супруги Жолио-Кюри после того, как они «немного не дотянулись» до открытия нейтрона? Разочаровались в своих исследованиях и, что называется, опустили руки? Ничего подобного; наоборот, они повторили эксперименты Чэдвика и опубликовали сообщение, в котором подтверждали его вывод. Начался, по выражению Резерфорда, «бег на старте исследования», в котором лидировали Ирен и Фредерик Жолио-Кюри. Они стали систематически изучать, от каких веществ под воздействием альфа-частиц можно получить нейтроны. В октябре 1933 г. они выступили в Брюсселе на Сольвеевском конгрессе с сообщением о том, что под ударами альфа-частиц лёгкие элементы вроде алюминия испускают не только протоны, но и нейтроны и положительные электроны — позитроны. Но французов ожидал блистательный провал. Известный немецкий физик Лиза Мейтнер сказала, что она знакома с работами Жолио по предварительным сообщениям, повторила их эксперименты со всей тщательностью, но ничего, кроме эмиссии (испускания) протонов, обнаружить не смогла.

В несколько изменённом виде повторилось то, что в своё время было с Резерфордом. Некоторые участники брюссельской встречи восприняли доклад Жолио-Кюри с сожалением. Они заподозрили у Жолио-Кюри желание поспешным выступлением «отыграться» за неудачу с нейтроном. Только Нильс Бор, а затем и Вольфганг Паули ободрили французских учёных. Бор отвёл их в сторону и сказал, что считает полученные ими результаты очень важными. Эта, хотя и кулуарная, поддержка придала им силы и уверенности, несмотря на общее неприятие их выводов. Как знать, может быть, именно такой поворот событий и помог супругам Жолио сделать не менее важное открытие.

Не было бы счастья, да несчастье помогло.

Сразу же по возвращении в Париж супруги перепроверили всё, что ими было получено, убедились в своей правоте и продолжили опыты. В эти, по выражению биографа Фредерика Жолио, «враждебные дни» они старались «расчленить» свой эксперимент на отдельные этапы, максимально упростив его.

Они поставили себе целью ответить на вопрос: как зависит излучение нейтронов и сопутствующих им позитронов от скорости бомбардирующих атом альфа-частиц? Это изучалось постепенным отдалением от мишени радиоактивного источника. В одном из опытов источник альфа-частиц был убран совсем, а счётчик Гейгера, регистрирующий выделение из обстрелянной алюминиевой фольги заряженных частиц, продолжал щёлкать. Что-нибудь более непонятное было трудно придумать. Боясь ошибки, супруги попросили немецкого физика В.Гентера проверить исправность счётчика. Тот внимательно исследовал прибор и удостоверил, что он в полном порядке. Выходило, что алюминий после воздействия на него альфа-частиц сам становился радиоактивным. Волей-неволей вспомнилось давнее заблуждение, в которое впали и Резерфорд, и Мария Кюри, сделав вывод, что излучения радия или тория заставляют быть радиоактивными окружающие предметы. Выходит, что никакого заблуждения не было? Жолио-Кюри не затруднились измерить продолжительность эмиссии — 3 часа 15 минут. Называйте это как хотите — возбуждённая, наведённая, искусственная радиоактивность, но она — установленный факт! Получена даже фотография следов частиц с помощью камеры Вильсона в магнитном поле.

Сомнений нет: это те самые позитроны, которые предсказал Дирак, которые обнаружил Андерсон в составе космического излучения. Теперь они обнаружены на Земле, французские учёные вызвали их к жизни. Эксперименты были продолжены — заменены мишени. Под воздействием альфа-частиц возбудилась позитронная эмиссия у бора и магния. Измерили её продолжительность: в первом случае — 14 минут, во втором — 2 минуты 30 секунд.