Федор Кедров - Цепная реакция идей
Открытие нейтрона указало на существование в природе нового типа сил — ядерных сил. Оно определенно указало на силы не электромагнитного происхождения, которые удерживают нейтроны и протоны тесно связанными в атомном ядре. Эти новые силы не имели аналога в макроскопической физике. Они получили название сильных взаимодействий. Эксперименты по рассеянию частиц позволили познать сложный характер сил, действующих между нейтроном и протоном. Это силы притяжения, и действуют они на очень малых расстояниях порядка 1 ферми (10–13 сантиметров). Если расстояние еще меньше, то ядерные частицы начинают отталкиваться.
Изучение ядерных сил позволило оценить примерные размеры ядерных систем, применив при этом квантово-механические принципы. Ядра приблизительно в 10...100 тысяч раз меньше, чем атомы, а энергии ядер лежат в области миллионов электрон-вольт.
Сейчас ученые знают о роли нейтрона в атомной технике. Но полезно вспомнить, что вскоре после открытия этой частицы в 1932 году Резерфорд высказал гениальное предположение о возможном значении нейтрона в овладении атомной энергией: «Недавнее открытие нейтрона и доказательство его исключительной эффективности в осуществлении ядерной реакции... при низких скоростях создает новые возможности при условии, если будет найден способ производства в большом количестве медленных нейтронов при малой затрате энергии для этого».
Одними из тех, кто нашел этот способ, были Ирен и Фредерик Жолио-Кюри.
Три открытия 1932 года считаются особенно важными для дальнейшего развития атомной и ядерной физики: открытие Чадвиком и Жолио-Кюри нейтрона, опубликование Ферми теории радиоактивного бета-распада и открытие Андерсоном и Неддермайером позитрона. Конечно, роль этих замечательных открытий в развитии науки была определена гораздо позднее.
Наиболее выдающимся открытием после того, как Чадвик неопровержимо доказал существование нейтрона, была искусственная радиоактивность. В этом можно видеть некоторую закономерность. Ведь Жолио-Кюри сделали важный шаг в открытии нейтрона и, естественно, даже после опубликования Чадвиком его результатов они продолжали опыты по исследованию нейтронов.
Менее года прошло с момента открытия искусственной радиоактивности. Ирен и Фредерик Жолио-Кюри получили вдвоем Нобелевскую премию по химии «за синтез новых радиоактивных элементов», как тогда сформулировали открытие искусственной радиоактивности.
Ирен и Фредерик Жолио-Кюри облучали альфа-частицами различные элементы, например фтор, натрий и алюминий. Таким образом они получали нейтроны. До этого Боте и Беккер, а также Чадвик бомбардировали альфа-частицами другие элементы — бериллий, бор и литий. Жолио-Кюри решили в своих опытах продолжить список элементов и исследовать «различные нейтроны».
Серия опытов была закончена Ирен и Фредериком Жолио-Кюри к осени 1933 года. Эти опыты показали, что при облучении альфа-частицами легких элементов некоторые из них испускали наряду с нейтронами и позитроны.
Исследователи предположили, что натолкнулись на какое-то совершенно новое явление, не замеченное другими физиками, занимавшимися подобными же исследованиями, но нигде не упоминавшими о позитронном излучении. Впрочем, в начале они и сами не были уверены, что имеют дело с ранее неизвестным позитронным излучением. Тем не менее они подготовили доклад под названием «Проникающее излучение атомов под воздействием альфа-лучей» и вскоре представился исключительно благоприятный случай прочесть этот доклад перед участниками представительного собрания ученых многих стран.
В октябре 1933 года в Брюсселе состоялся очередной Сольвеевский конгресс.
По решению Международного комитета Сольвеевских конгрессов темой этого собрания была избрана ядерная физика. Жолио-Кюри был, пожалуй, самым молодым членом комитета, куда его избрали по предложению Поля Ланжевена. Академик А.Ф. Иоффе, член комитета от СССР, отмечал, что Резерфорд и его сотрудники (среди них был и П.Л. Капица) вместе с Ферми, мадам Кюри, Ирен Жолио-Кюри и Лизе Мейтнер были в центре внимания участников этой сессии.
Большое внимание привлекли также выступление В. Гейзенберга и присланный в письменном виде доклад Л.Д. Ландау.
На конгрессе, кроме ученых, упомянутых А.Ф. Иоффе, присутствовали Поль Дирак, Патрик Блэкетт, Нильс Бор, Луи де Бройль, Вольфганг Паули и многие другие. Председательствовал Поль Ланжевен.
Фредерик Жолио-Кюри вспоминал: «Наше сообщение вызвало, оживленную дискуссию. Фрейлен Мейтнер объявила, что она провела такие же эксперименты, но не получила подобных результатов. Под конец подавляющее большинство присутствовавших там физиков пришло к заключению, что наши эксперименты были неточными. После сессии мы чувствовали себя довольно-таки скверно. В этот момент к нам подошел профессор Бор и сказал, что он рассматривает наши данные как чрезвычайно важные. Вслед за ним и Паули одобрил нас таким же образом».
Следовательно, физики-теоретики, уже в то время занимавшие важные позиции в атомной и ядерной физике, оказались более проницательными в отношении чисто экспериментального открытия, чем физики-экспериментаторы, которых было большинство среди участников конгресса.
Резерфорд вопреки большинству участников Сольвеевского конгресса, положительно Отнесся к открытию Ирен и Фредерика Жолио-Кюри. В январе 1934 года он послал из Кембриджа в Париж письмо следующего содержания: «Мои дорогие коллеги!
Я восхищен итогами Ваших опытов по получению радиоактивных веществ путем облучения альфа-частицами. Поздравляю Вас обоих с блестящей работой, которая, по моему убеждению, в конечном счете окажется очень важной.
Я лично очень заинтересован в результатах Ваших исследований, поскольку долгое время думал о том, что такой эффект (т.е. искусственная радиоактивность) может наблюдаться в соответствующих условиях.
В прошлом я проделал много опытов, используя чувствительный электроскоп для обнаружения такого эффекта, однако безуспешно. В прошлом году мы проделали опыт, в котором облучили тяжелые элементы протонами, но получили отрицательные результаты.
С лучшими пожеланиями дальнейших успехов в Ваших исследованиях.
Искренне Ваш Резерфорд.
Р.S. Мы попытаемся определить, произойдут ли сходные явления при бомбардировке протонами или диплонами» (диплонами Резерфорд называл дейтроны. — Ф. К.).
Резерфорд задолго до открытия искусственной радиоактивности сам пытался обнаружить подобные эффекты. После того как он открыл в 1919 году возможность осуществлять ядерные реакции и показал, что ядра азота при бомбардировке альфа-частицами испускают протоны, он решил выяснить, не испускаются ли протоны после прекращения бомбардировки. Резерфорд убирал источник альфа-частиц и измерял электропроводность азота. Эти опыты он проделывал неоднократно, но каждый раз убеждался в отсутствии «вторичной» протонной радиоактивности. Действительно, такого эффекта не существовало.
Фредерик Жолио-Кюри впоследствии объяснял неудачу Резерфорда тем, что в своих опытах он использовал в качестве мишени азот. Если бы Резерфорд применял другой газ, в котором при бомбардировке альфа-частицами возникают не протоны, а положительные или отрицательные электроны, то он несомненно обнаружил бы явление искусственной радиоактивности.
Тут сказалось глубоко принципиальное заблуждение Резерфорда относительно того, какой тип радиоактивного распада наиболее распространен. Об этом впоследствии писали Ирен и Фредерик Жолио-Кюри: «В продолжение всей своей деятельности Резерфорд стремился доказать существование искусственной радиоактивности, но ему как и другим пионерам в этой области науки, истинной радиоактивностью казалась та, которая сопровождается испусканием тяжелых частиц, а не электронов. В действительности же, как мы теперь знаем, именно излучение электронов наиболее характерно для радиоактивного распада».
Если в опытах Резерфорда искусственная радиоактивность отсутствовала, то в опытах американского физика Эрнеста Лоуренса, проводившихся в 1931 году на сконструированном им циклотроне — ускорителе заряженных частиц, она несомненно возникла. Но исследователь и его сотрудники не заметили ее. Они изучали на циклотроне другие явления. А может быть, им не хватило проницательности.
Ирен и Фредерик Жолио-Кюри, облучая нейтронами легкие элементы, не ставили перед собой задачу обнаружить искусственную радиоактивность, так как тогда никто еще не выдвигал предположения о возможности ее существования, но они оказались готовыми к восприятию даже самого непредвиденного. То, что существование искусственной радиоактивности было трудно себе представить, доказывало отношение многих физиков к сообщению Жолио-Кюри на Сольвеевском конгрессе.
