Охотники за частицами

Да, физика быстро идет к эпохальному открытию. А мир столь же быстро идет к войне. Собственно говоря, она уже началась! Гитлер вторгся в Австрию, ждет своей участи Чехословакия, выданная западными «союзниками» Гитлеру. Осталось совсем немного времени — и застонут земли Польши, Франции, Югославии под тяжелым гулом немецких танковых армад.

И, может быть, поэтому неспроста физики повторяют как заклинание: «Прометей еще не появился, и это к лучшему!» Они понимают, что может натворить чудовищная энергия, запрятанная в атомных ядрах, если она попадет в руки воинственных варваров. Нет, быть не может, это возможно только в далеком будущем, если вообще возможно! — чуть ли не с мольбой повторяют друг за другом крупнейшие физики мира.

Но остановить развитие науки, даже если кажется, что она идет во вред человечеству, — этого еще никому не удавалось. Опыты Ферми с облучением ядер урана нейтронами спустя несколько лет были продолжены во Франции и в Германии.

В 1938 году Ирен Жолио-Кюри вместе с ее учеником-югославом Павле Савичем, пытаясь установить химические свойства 93-го элемента… не нашли этого элемента. Вместо него в уране, облученном нейтронами, оказался почему-то лантан, 57-й элемент периодической системы. Это было невероятно, хотя все новые химические анализы подтверждали присутствие лантана. Французские исследователи долго ломали голову над загадочным явлением лантана, но так и не смогли решить загадку.

Фредерик Жолио-Кюри в 1938 году поехал в Рим на конгресс итальянского химического объединения и, познакомившись там с крупным немецким химиком Отто Ганом, рассказал ему о работах своей жены и Савича.

Ган не поверил, но Жолио-Кюри убедил его повторить опыты, проведенные в Париже. Ган вернулся в Берлин. До недавнего времени в течение почти тридцати лет он работал вместе с замечательной женщиной-физиком Луизой Майтнер и химиком Фридрихом Штрассманом.

Теперь они остались вдвоем. Луиза Майтнер была еврейкой. Немецкие антисемитские законы в первые годы после прихода Гитлера к власти не коснулись ее только потому, что она имела австрийское подданство. Когда Австрия пала, Майтнер, ученая с мировым именем, вынуждена была, как за несколько лет до этого Эйнштейн, бежать из Германии.

На некоторое время она обосновалась в Стокгольме. Туда и заехал к ней работавший у Нильса Бора в Копенгагене ее племянник, известный физик Отто Фриш. И как раз в эти дни Майтнер получила письмо от своих берлинских друзей. Ган и Штрассман с поистине немецкой скрупулезностью повторили опыты Ирен Жолио-Кюри и Савича и вне всякого сомнения обнаружили лантан. И не только лантан: в продуктах радиоактивного распада урана оказался и 56-й элемент — барий.

Майтнер первая догадалась, в чем дело. Ядро урана, вместо того чтобы избавиться от неустойчивости, выбрасывая несколько лишних частиц, как «делали» до него все ядра и оно само при естественной радиоактивности, на сей раз разделилось на крупные осколки. Этими осколками и были ядра лантана и бария!

Фриш срочно вернулся в Копенгаген, чтобы проверить догадку опытом. Майтнер не имела возможности экспериментировать, она вела лишь расчеты.

Фриш немедленно поставил в известность об открытии своего учителя Нильса Бора. В середине февраля 1939 года Бор поехал в США и рассказал об открытии деления урана на лекции в Принстонском университете. В тот же день об этом узнал Ферми. После вручения ему Нобелевской премии Ферми решил не возвращаться в фашистскую Италию и переехал в США.

Майтнер и Фриш тем временем направили в английский журнал «Нэйчур» («Природа») письмо о своем открытии. Их заметка появилась в журнале 18 февраля 1939 года. Но уже 30 января 1939 года Фредерик Жолио-Кюри представил в «Труды Парижской академии наук» статью, под названием «Взрывное расщепление ядер урана и тория под действием нейтронов».

В ней он смог экспериментально доказать деление ядер урана. А еще через три недели он же первый увидел замечательную реакцию. На девятьсот второй фотографии, снятой в камере Вильсона, наполненной газообразным соединением урана, четко вырисовался след нового ядра, возникшего при делении ядра урана.

Широкие исследования нового явления начались и в Советском Союзе. В Ленинграде, в Радиевом институте, ими руководил крупнейший ученый Виталий Григорьевич Хлопин. Замечательный теоретик Яков Ильич Френкель разработал первую теорию деления атомных ядер. А еще спустя несколько месяцев молодые советские физики Георгий Николаевич Флеров и Константин Антонович Петржак, руководствуясь работами Френкеля, достигли нового успеха. Они открыли, что ядра урана могут делиться на крупные части даже без бомбардировки нейтронами — сами по себе, настолько они неустойчивы.

Конечно, не надо понимать эту неустойчивость как поголовный распад всех урановых ядер за короткое время. Вероятность такого самопроизвольного деления уранового ядра — величина совершенно ничтожная. Но даже в небольшом кусочке урана ядер столь много, что каждый час несколько из них разваливается на осколки.

Огромной выдумки и терпения потребовал этот неимоверно чувствительный опыт. Чтобы оградить его от космических частиц, которые тоже могли бы вызвать такое деление, Флеров и Петржак ушли под землю. В тихие ночные часы, когда московский метрополитен кончал свою работу, в самом глубоком туннеле включали ученые свою сложную аппаратуру.

Проходили день за днем, неделя за неделей. И, наконец, сомнений больше не осталось. Тяжелое урановое ядро, до предела нагруженное протонами и нейтронами, может — пусть и очень редко — само по себе разваливаться на куски.

Следующее важнейшее открытие: при развале каждого ядра урана появляется несколько свободных нейтронов. Часть из них покидает кусок урана, уходит в воздух, но часть остается блуждать в куске. В уране всегда есть свободные нейтроны. И если увеличивать массу и размеры этого куска, то в конце концов наступит такой критический момент, когда число рождающихся в куске нейтронов превысит число ускользающих из него. Не нужна никакая бомбардировка урана нейтронами извне! Их поставляет сам же уран. А когда его размеры и масса приближаются к критическим, уран становится взрывоопасным. В нем должна начаться цепная реакция деления. И незадолго перед войной первый расчет такой реакции выполняют советские ученые, ныне академики, Яков Борисович Зельдович и Юлий Борисович Харитон.

Началась не виданная еще в науке лихорадочная гонка. В нее включились большие научные коллективы и огромные промышленные предприятия. Первый этап этой гонки выиграла группа Ферми. 2 декабря 1942 года под сводами заброшенного стадиона в Чикаго эти люди пустили в ход первое в истории человечества искусственное ядерное солнце.

Здесь нет нужды описывать первые годы атомного века. Они и без того хорошо известны. Нейтрон вошел в жизнь человечества, окруженный «ореолом» чудовищных взрывов американских атомных бомб над Хиросимой и Нагасаки, в еще более чудовищных огненных смерчах испытаний водородных бомб.

Но в те же годы над потрясенным миром зажглась и заря надежды. В Советском Союзе большая группа ученых под руководством Игоря Васильевича Курчатова ввела в строй первую в мире атомную электростанцию. Начал взламывать тяжелые льды Арктики атомоход «Ленин».

Нейтрон включился в работу на благо мира. Эта работа колоссальна. Нейтрон — самая «работящая» частица атомного мира после электрона и фотона. Он дробит ядра в топках атомных электростанций и атомных двигателей. Он создает искусственные радиоактивные элементы, которые нашли широчайшее применение в науке и технике сегодняшнего дня — от обнаружения дефектов в изделиях рук человеческих до излечения дефектов самого тела человека. Он исследует недра земные, ищет нефть и другие ценнейшие ископаемые.

И, заканчивая первую часть нашей повести о самой драматической частице в истории физики, можно сказать: большая жизнь нейтрона — впереди!

А теперь вторая часть истории нейтрона. Для естествознания она ничуть не менее важна, чем первая.