Цепная реакция идей

1. 1930 год. Опыт Боте и Беккера (Германия). Обнаружено исключительное сильно проникающее излучение, возникающее при облучении некоторых легких элементов (например, бериллия, бора) альфа-частицами.

2. 18 января 1932 года. Опыт Ирен и Фредерика Жолио-Кюри, обнаруживший, что излучение Боте — Беккера обладает свойством выбивать ядра из атомов.

3. 27 февраля 1932 года. Опыт Чадвика, подтвердивший результат Жолио-Кюри и показавший, что наблюдаемый эффект объясняется тем, что в состав излучения Боте — Беккера входят новые частицы, а именно нейтроны.

Известный немецкий физик Вернер Гейзенберг в своей книге «Физика атомного ядра», изданной в переводе у нас в 1947 году, приводит реакцию взаимодействия альфа-частиц с легким элементом бериллием, сопровождая ее следующими словами: «...этот важный процесс превращения привел Жолио-Кюри и Чадвика к открытию в 1932 году нейтронов».

После работ Чадвика, за которые ему была присуждена Нобелевская премия по физике, уже не могло быть никаких сомнений относительно существования нейтронов. Замечательная элементарная частица, родившаяся в воображении Резерфорда в 1920 году, спустя 12 лет вторично родилась в опытах супругов Жолио-Кюри и Джеймса Чадвика.

После открытия нейтрона на смену резерфордовской протонно-электронной модели атома пришла новая модель, в которой ядра состоят из протонов и нейтронов. Возникновение отрицательных или положительных электронов во время распада природных или искусственных радиоактивных элементов объясняется превращением протона ядра в нейтрон, или наоборот (Э. Ферми). Такое превращение сопровождается рождением положительного или отрицательного электрона. Отсюда следует, что протон и нейтрон — это как бы два состояния одной и той же тяжелой частицы — нуклона, которая может быть положительно заряженной или нейтральной.

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!