Пионеры атомного века (Великие исследователи от Максвелла до Гейзенберга)

Когда вскоре после этого Габер умер за границей, Ган произнес речь на собрании, посвященном его памяти и проведенном главным образом благодаря усилиям Планка и вопреки желанию и воле вышестоящих инстанций. Ган прочитал также доклад, составленный учеником Габера, профессором Лейпцигского университета Карлом Фридрихом Бонхоффером, который не смог прочитать его сам, потому что министерство запретило всем работникам университетов участвовать в этом собрании. Гана, который с марта 1934 года не преподавал больше в Берлинском университете, этот запрет не касался.

Таким образом, плодотворное научное сотрудничество Отто Гана и Лизы Мейтнер, одним из результатов которого в 30-х годах была разработка новых радиохимических методов, в 1938 году было прервано из-за расового безумия гитлеровских фашистов.

После насильственного присоединения Австрии к гитлеровской Германии Лиза Мейтнер стала германской подданной; теперь, согласно фашистским законам, она не могла руководить отделением в Институте химии Общества им. кайзера Вильгельма. Попытка нового президента общества, химика Карла Боша, добиться для нее официального разрешения на выезд, не удалась: соответствующие инстанции всюду отказывали.

Заслуженной женщине-физику на 60-м году жизни не оставалось ничего иного, как в июле 1938 года тайно перейти голландскую границу. При содействии Нильса Бора, который дал ей первое пристанище, в Швеции ей были предоставлены возможности для работы. Позднее в течение многих лет Лиза Мейтнер была профессором в Стокгольме. В американских и английских ядерных исследованиях, служивших цели изготовления атомных бомб, она, по ее собственным словам, "принимала не последнее участие". В 1960 году она переехала к родственникам в Кембридж, в Англию, где 27 октября 1968 года умерла.

Через несколько месяцев после бегства Лизы Мейтнер Отто Гану и его сотруднику Фрицу Штрасману удалось открыть расщепление урана.

Оба исследователя после множества опытов в середине декабря 1938 года убедились, что ядро урана-235 при облучении медленными нейтронами расщепляется на два более легких атомных ядра. 22 декабря 1938 года они закончили рукопись своего первого сообщения и отдали ее в печать. Статья появилась в журнале "Натурвиссеншафтен" 6 января 1939 года. Это один из основополагающих документов новейшей истории естествознания.

Немало великих открытий в истории науки, казалось, обязаны своим появлением лишь случайности. И действительно, их причиной нередко было счастливое стечение обстоятельств, хотя в науке, по словам Планка, никогда не существовало счастья без заслуг. Примерами могут служить открытия Эрстеда, Генриха Герца, Рентгена и Беккереля. К числу таких примеров можно отнести и обнаружение радиотория Отто Ганом. Но открытие расщепления урана является примером, подтверждающим, что в естествознании целенаправленная, планомерно ведущаяся в определенном направлении исследовательская работа в конце концов приведет к решающему результату.

Опыты, которые в конце 1938 года привели к расщеплению урана, Отто Ган, Лиза Мейтнер и Фриц Штрасман начали после того, как итальянский физик Энрико Ферми в 1934 году обстрелял медленными нейтронами химические элементы и искусственно получил при этом новые радиоактивные изотопы. Нейтроны оказались настолько подходящими для этой цели, что быстро выдвинулись на первый план как вспомогательное средство в ядерных исследованиях, заменив собой альфа-частицы, с которыми работал главным образом Резерфорд. При помощи нейтронов можно было пробить панцирь ядра атома. С их помощью можно было проникнуть в такие атомные ядра, которые благодаря своим сильным положительным зарядам не давали доступа альфа-частицам, также заряженным положительно.

"Итальянец Ферми, - писал Ган в автобиографии, - первым доказал большое значение нейтронов для возбуждения ядерных реакций, выдвинув предположение, что эти незаряженные частицы смогут проникнуть в ядра атомов, не отталкиваясь их положительным зарядом. Ферми и его сотрудники поэтому облучали нейтронами элементы почти всей периодической системы. Они получали при захвате нейтронов сначала радиоактивные изотопы облучаемого элемента, которые затем при эмиссии бета-лучей распадались и переходили в атомы ближайших более высоких элементов. Итальянские исследователи довели свои опыты до урана, элемента с наибольшим тогда порядковым числом".

При чрезвычайно малых размерах атомного ядра в сравнении со всем атомом - ядро относится к целому атому, как булавочная головка к жилому дому средней величины, - желанные попадания в ядро и связанные с этим изменения в нем происходили очень редко.

Искусственно полученные Ферми изотопы как разновидности уже известных элементов входили в периодическую систему: они занимали то же место, однако имели (по числу нейтронов) различную атомную массу. Только при облучении урана такое расположение не удавалось. Так Ферми пришел к ошибочному выводу, что в данном случае образуются "трансураны": элементы, занимающие в периодической системе места по ту сторону урана. Как выяснилось позднее, это было заблуждение.

Немецкий химик Ида Ноддак усомнилась в предположении Ферми. Она высказала догадку, что здесь, возможно, само собой происходит расщепление тяжелого атомного ядра урана. Однако ее точка зрения не нашла поддержки у физиков-ядерщиков. Распад ядра урана считался совершенно невозможным. Ферми не принимал такого предположения всерьез, а Отто Ган еще в 1936 году называл его абсурдным.

В опытах, которые Отто Ган и Лиза Мейтнер проводили сначала одни, а затем при участии ассистента Гана Фрица Штрасмана, они пыталась решить вопрос: действительно ли Ферми получил трансураны или речь здесь идет только об изотопных разновидностях протактиния, ближайшего к урану элемента с меньшим порядковым номером, как это утверждал один из бывших сотрудников Гана.

Решение повторить опыты Ферми и выяснить природу веществ, возникающих при облучении урана нейтронами, очевидно, было особенно соблазнительно для Отто Гана и Лизы Мейтнер. Как первооткрыватели и исследователи протактиния, они очень хорошо знали все химические свойства этого элемента. Итак, они лучше других могли судить о том, следует ли считать полученные Ферми мнимые трансураны изотопами протактиния или нет.

Результаты своей совместной работы над решением этого вопроса Лиза Мейтнер, Отто Ган и Фриц Штрасман публиковали между 1934 и 1938 годами примерно в двадцати работах. При этом они с безукоризненной точностью установили, что полученное Ферми вещество с периодом полураспада тринадцать минут ни в коем случае не является изотопом протактония. Речь должна была идти, очевидно, о трансурановых элементах.

И в опытах с замедленными, так называемыми тепловыми нейтронами поздней осенью 1938 года Отто Ган и Фриц Штрасман придерживались ошибочного взгляда, что они, как и Ферми, нашли один из новых элементов с более высоким порядковым числом, чем у урана. Они считали, что перед ними изотоп радия. Несмотря на все усилия, им, однако, не удалось отделить предполагаемый изотоп радия от бария с помощью известных методов разделения, так как он проявлял все свойства бария.

Так в конце концов на основе многочисленных опытов Отто Ган и Фриц Штрасман 20 декабря 1938 года пришли к убеждению, что здесь в действительности речь идет о барии. Тяжелое ядро урана с числом ядерных разрядов 92 под действием медленных нейтронов, очевидно, "распадалось" на два более легких ядра: радиоактивное ядро бария с числом ядерных зарядов 56 и, как это вскоре выяснилось, ядро инертного газа криптона с числом ядерных зарядов 36. Ядерные заряды этих элементов, 56 и 36, при сложении давали число 92, ядерный заряд урана. Это было решающим открытием, имевшим далеко идущие последствия.

"Доказательство расщепления урана Отто Ганом и Фрицем Штрасманом, писала Лиза Мейтнер, - открыло новую эру в истории человечества. Научное достижение, лежащее в основе этого открытия, кажется мне потому таким удивительным, что оно было получено без какого-либо теоретического указания, чисто химическим путем".