В поисках чуда (с илл.)

Расчеты советского ученого упорно давали отрицательный результат. Что же тогда служит посредником в обменном взаимодействии, что? Оставалось сделать последний шаг, но… Наука в большей степени, нежели поэзия, «вся — езда в незнаемое».

Впрочем, разве мало сделано? Показав, что понятие поля универсально, эти работы словно открыли глаза физикам. Достаточно четким пунктиром они наметили зоны будущих раскопок на карте силовых полей — там мог лежать еще не найденный заветный «золотой ключик» к ядерному ларцу.

Так оно и случилось. Ответ на поставленный вопрос пришел меньше чем через год из японского города Осака. Ссылаясь на основополагающие работы Тамма и Иваненко, молодой преподаватель

Хидеки Юкава высказал догадку: обменные силы в ядре, видимо, обязаны своим происхождением частице с нулевым спином, которая в 200–300 крат тяжелее электрона и соответственно в 6–8 раз легче нуклона. «Мезон» (от греческого «мезос» — «средний») — так нарекли потом этого гипотетического «невидимку», которому суждено было еще некоторое время скрываться от физиков, пока, наконец, он не попался им в сети из потока космических лучей.

Вскоре Юкава разработал теорию мезонного поля, за что в 1949 году удостоился Нобелевской премии.

По представлениям Юкавы, внутри ядра протон и нейтрон непрерывно обмениваются заряженными 98 мезонами, превращаясь друг в друга. Нейтрон с нейтроном, как и протон с протоном, тоже перебрасываются мезонами, но уже нейтральными.

Говоря об истоках этой замечательной теории в ее сорокалетний юбилей (1945 год), японский физик профессор Ш. Саката, ученик X. Юкавы, отдаст должное работам советских ученых: «Мало кто пытался вскрыть сущность ядерных сил. До профессора Юкавы мы можем назвать только Тамма и Иваненко».

Двойники и самоубийцы

Три десятилетия с лишним наука об атоме «пробавлялась» только тремя видами радиоактивных излучений: альфа, бета и гамма. Первые два были открыты Резерфордом в 1899 году. Третий — французским ученым Вилларом в 1901-м. Лишь в 1934 году супруги Жолио-Кюри опознали среди ядерных беглецов положительного двойника электрона (несколько раньше его поймали в космических лучах).

Наступил 1935 год.

Братья Курчатовы, несмотря на молодость, не были «зелеными» новичками ни в физике вообще, ни в атомной в частности. Тридцатидвухлетний Игорь Васильевич вот уже десятый год работал в Ленинградском физико-техническом институте, а с 1932 года возглавлял отдел ядерной физики. Борису Васильевичу тоже не были чужды проблемы радиоактивности, хотя он и занимался больше полупроводниками.

Однако явление, с которым столкнулись ученые, могло озадачить и маститого ветерана науки об атоме.

В начале 1935 года счетчик ядерных излучений бесстрастно возвестил сотрудникам Курчатовской лаборатории о том, чего на первый взгляд быть не должно. Исследователи бомбардировали бром недавно открытыми нейтронами. Ожидалось, что элемент № 35 даст при этом две свои активные разновидности — одну с 18-минутным периодом полураспада, другую — с 4-часовым. Так по крайней мере свидетельствовали опыты Энрико Ферми. И действительно, полученная смесь давала радиацию обоих типов.

Но одновременно обнаружилось и другое излучение: оно уменьшало свою интенсивность вдвое не через 18 минут и не через 4 часа, а лишь по прошествии полутора суток. Странно! Ведь у брома два стабильных изотопа: один с массовым числом 79, другой — 81. Поглотив нейтрон, первый превращается в бром-80, второй — в бром-82. Оба новорожденных активны, причем ни один из них, судя по результатам Ферми, не должен быть столь долговечным. Откуда взяться более живучему? Быть может, в смеси перед облучением содержался какой-то третий, до сих пор не известный изотоп, который потом под действием нейтронов тоже сделался из стабильного радиоактивным, только с другой константой распада?

Эксперимент отмел такую версию.

Тщательный химический анализ, проведенный Б. В. Курчатовым, исследования и расчеты Л. И. Русанова, Л. В. Мысовского, других сотрудников привели к однозначному заключению: налицо не новый изотоп, а новый тип радиоактивности, ускользнувший от зорких глаз Ферми.

Выяснилось, что полуторасуточным периодом обладает бром-82. Ни один из двух других упомянутых сроков жизни, более коротких, к нему касательства не имеет. Оба они относятся к брому-80.

Парадоксально, но факт: атомы-близнецы неодинаковы! При полной идентичности ядерной и электронной структуры часть атомов брома-80 уполовинивает общую интенсивность излучения через 18 минут, часть — через 4 часа. Как оказалось, в последнем случае особинка ядер в том, что они возбуждены. Излучая гамма-кванты, они переходят в основное, более устойчивое состояние, после чего начинают испускать те же электроны, что и их более спокойные двойники.

Так к уже известным типам радиоактивных превращений примкнула ядерная изомерия.

Сейчас былые «диковинки» — ядерные изомеры — исчисляются многими дюжинами.

Эффект, обнаруженный братьями Курчатовыми,

Мысовским и Русиновым, встал в один ряд с открытиями Резерфорда, Виллара и Жолио-Кюри.

Не сразу признали русскую находку. «Трудно поверить в существование изомерных атомных ядер, то есть таких, которые при равном атомном весе и равном атомном номере обладают различными радиоактивными свойствами… Мы надеемся после проведения экспериментов узнать, стоит ли заниматься вопросом об изомерных ядрах». Так на физическом съезде в Цюрихе в 1936 году говорила та самая Лиза Мейтнер, которой суждено было вскоре узреть то, чего не видел или не хотел видеть Отто Ган, — деление урановых ядер. Правда, оценивая значение «невероятного» открытия, Лиза Мейтнер добавила, не могла не добавить: «Предположение о существовании изомерных ядер дало бы возможность объяснить искусственные превращения урана».

Искусственные превращения урана! Так ведь это та самая проблема, решение которой преобразило мир и над которой с 1934 года бились лучшие умы: сначала Ферми, а впоследствии Ноддак, Савич, Жолио-Кюри, Ган и Штрассман, наконец, Мейтнер вместе с Фришем. Интересно: в 1939 году именно Лиза Мейтнер сделала последний шаг, завершивший одно из крупнейших открытий века, рассеявший последние сомнения в способности уранового ядра разваливаться на крупные осколки. Она сделала этот шаг вопреки необоримому скепсису Гана. А тогда, в Цюрихе, Мейтнер сама выступала в роли скептика, вливая яд сомнения в души физиков…

В качестве постскриптума остается добавить следующее. В 1938 году, на три года позже наших соотечественников, ядерную изомерию обнаружили Н. Фезер и Э. Бретчер (Англия) — вторично. И все же в 1963 году один канадский научный журнал, посвященный проблемам ядерной энергии, поместил таблицу видов радиоактивности, где в качестве первооткрывателей фигурировали именно британские ученые. Неосведомленность? Интересно, как отнесся бы к этому сюрпризу соотечественник Фезера и Бретчера Рональд Кларк, благородно ратующий, если помните, за честность записей в свитках истории.

С именем И. В. Курчатова связан еще один эпизод в истории радиоактивности.

— Это произошло за год до начала Великой Отечественной войны, — вспоминает член-корреспондент АН СССР Г. Н. Флеров. — Отгромыхав по рельсам, нырнул в тоннель последний голубой экспресс московской подземки. Столица затихла. А на станции метро «Динамо» тем временем появилась группа довольно странных полуночников. На них не было метростроевских комбинезонов… Они были одеты в лабораторные халаты, а в руках держали хрупкие приборы… Описанный эпизод, — продолжает Георгий Николаевич, — мне запомнился вовсе не потому, что он произошел в столь необычной обстановке. Дело в другом: подземный эксперимент, проведенный Константином Антоновичем Петржаком и мною, завершал длительную серию исследований. Выйдя после ночного бдения из метро, мы тут же дали телеграмму в Ленинград нашему руководителю профессору Игорю Васильевичу Курчатову: «Есть спонтанное деление!»

К тому времени уже было открыто деление урана, но вынужденное — под действием нейтронов. Как продемонстрировали Ган и Штрассман, а затем обосновали Мейтнер и Фриш, ядро урана-235, впустив нейтрон, разваливается на два крупных куска.