У атомов тоже есть сердце. Резерфорд. Атомное ядро

Таким образом, правильнее было бы полагать, что "эманации" и индуцированная радиоактивность являются взаимосвязанными явлениями. Резерфорд подтвердил это, записав в конце 1899 года, что "имеется тесная связь между "эманацией" и возбужденной радиоактивностью; в действительности "эманация" каким-то образом является прямой причиной радиоактивности". То есть, по его мнению, речь не об индуцированной радиоактивности, а о том, что эманация перемещалась на материалы и, казалось, что те становятся радиоактивными. Резерфорд отмечал, что "эманация является нестабильным веществом и трансформируется в некий вид негазообразной материи, покрывающий поверхность всех окружающих тел". И последнее: "Вероятность возникновения эманации из-за того, что ближайшая среда становится радиоактивной, исключена".

Понимание этих вопросов стало еще более запутанным в результате нового наблюдения Беккереля, согласно которому, возможно, имелась некая ошибка в определении источников радиоактивности. Беккерель знал, что соли урана не были чистыми и в их состав входили разные вещества, поэтому он попытался выделить их. Когда это ему удалось, соль урана перестала быть радиоактивной, а новое неизвестное вещество, напротив, испускало излучение. Так как Беккерель не представлял, что это за вещество, он назвал его "уран-Х". Через несколько месяцев, когда он вновь взял образцы, оказалось, что уран-Х перестал быть радиоактивным, а урановая соль восстановила радиоактивность. Английский химик Уильям Крукс (1832-1919) проверил эти результаты, и в конце 1901 года оба ученых передали их в университет Макгилла. Как только Резерфорду стало известно об этом, он захотел повторить опыт с образцами тория.

Я не считаю, что когда кто-то совершает неожиданное открытие — это в порядке вещей. Наука делает шаг за шагом, и каждый исследователь зависит от трудов своих предшественников.

Эрнест Резерфорд

Посреди всех этих исследований в 1900 году Резерфорду пришлось взять паузу. Наконец должна была состояться свадьба с Мэри Ньютон, и он отправился за ней в Новую Зеландию.

Церемония была очень простой, на ней присутствовали только члены семьи. После медового месяца, который супруги провели, путешествуя по Канаде и Соединенным Штатам, где Резерфорд умудрился подобрать образцы тория, в 1901 году они вернулись в Монреаль. В лаборатории ждал новый член команды, с которым у Резерфорда началось очень плодотворное сотрудничество. Химик Фредерик Содди оказался именно тем специалистом, который был нужен Резерфорду, чтобы понять явление эманации и радиоактивность в целом.

Оба ученых стремились дать ответ на несколько вопросов: происходила ли радиоактивность тория от другого элемента? какова природа эманации? как она соотносится с активностью, возбуждаемой в других элементах? Радиоактивность превратилась в некий пазл, в котором нужно было идентифицировать все кусочки, хотя тогда казалось, что собрать их вместе невозможно.

Резерфорд и Содди в первую очередь взялись за проблему природы эманации. Содди был великим химиком и быстро понял, что на самом деле эманация представляла собой газ, наподобие аргона (то есть инертный), так как он не вступал в реакции с другими элементами.

Английский химик и университетский преподаватель Фредерик Содди (1877-1956) был одним из самых блестящих коллег Резерфорда. Несмотря на то что вместе они проработали только с 1901 до начала 1903 года, этот период оказался очень эффективным.

Именно тогда они поместили свои имена под важнейшей в истории науки главой. Годы спустя Содди так отзывался о том коротком, но плодотворном этапе сотрудничества с новозеландским гением: 

"Под конец нашей совместной работы головоломка радиоактивности, изначально казавшаяся незаурядной, сложилась и была решена. Мое общее впечатление о тех днях связано с высшей степенью умственной экзальтации, когда части головоломки сложились в единую и убедительную теорию атомного распада·.

Содди изучал химию в Оксфорде, в 1900 году он направился в Монреаль, где через год стал работать с Резерфордом. В начале 1903 года Содди отбыл в Лондон, чтобы сотрудничать с Уильямом Рамзаем, экспертом по благородным газам. Их совместная работа также завершилась довольно быстро, после чего Содди какое-то время преподавал в университете Глазго, до тех пор пока ему не предложили кафедру в Оксфорде. Здесь он проработал с 1919 по 1937 год. Кроме исследований радиоактивного распада, его очень интересовали изотопы (термин, обозначающий элементы, которые имеют разные массовые числа, но занимают одно место в периодической таблице). Именно Содди ввел этот термин (по предложению писательницы и врача Маргарет Тодд). В 1917 году он открыл элемент протактиний, а в 1920-м — написал книгу "Наука и жизнь·. В 1921 году ученый получил Нобелевскую премию по химии за исследование радиоактивных веществ, а также происхождения и природы изотопов. В конце жизни Содди занимали социальные вопросы и мир на земле, особенно в связи с угрозой использования ядерного оружия. После Второй мировой войны он написал: 

"Запуск атомный бомбы — чрезвычайно важная проблема. [...] Вместо того чтобы оплакивать Хиросиму, следовало бы вспоминать [...] о триумфе человека над проблемой [трансмутации], а не об использовании ее во имя зла политиками и военными".

Проблема благородных газов начала проясняться с 1894 года, будучи относительно новым полем для исследований. Еще не было ясно место этих элементов в периодической таблице, поэтому для них выделили особую колонку. С 1902 года стала набирать вес идея, что торий мог трансформироваться в газ по мере испарения твердого вещества. С другой стороны, эманация, или газ радон, казалось, имела положительный заряд, так как при ее приближении к отрицательно заряженному металлу сам металл становился высокорадиоактивным.

Но проблема связи эманации с явлением радиоактивности оставалась. Какое место ей отводилось, и какая связь имелась у нее с испусканием альфа- и бета-частиц? Таким был ключевой вопрос.

Резерфорд и Содди также принялись за исследование явления, открытого Круксом и Беккерелем и связанного с ураном и ураном-Х. В свою очередь, они провели эксперименты с использованием тория, традиционного элемента для лабораторных исследований.

Предшественник Дж. Дж. Томсона на должности директора Кавендишской лаборатории английский физик Джон Уильям Стретт и лорд Рэлей (1842- 1919) вместе с шотландским химиком Уильямом Рамзаем (1852-1916) в 1894 году открыли аргон. Лорд Рэлей обнаружил, что вес азота в воздухе был меньше, чем вес азота, полученного в результате химических реакций. Позже Рамзай дал объяснение этому отклонению, связав его с наличием примесей в воздухе. После этого, наконец, удалось выделить газ, влиявший на результаты по определению веса азота. Его назвали "аргоном". Греческое происхождение термина подчеркивает инертный характер газа, не вступающий во взаимодействие с другими элементами. Другой благородный газ — гелий — был открыт Пьером Жансеном и Джозефом Норманом Локьером в 1868 году при анализе химического состава Солнца на основе спектрографии солнечного света. Химик Рамзай специализировался на исследовании нереактивных газов и выяснил, что гелий находится не только в атмосфере, но и в минерале урана (данное явление Резерфорд смог объяснить позже, когда раскрыл природу альфа- излучения).