– Мы немедленно продолжим экспериментирование. – Фредерику передалось волнение его старого обожаемого учителя. – Не прекращая опыты с алюминием, мы планируем исследовать радиоактивные трансмутации других близких элементов, таких как бор, углерод, магний и натрий…
– Отлично, – Ланжевен довольно потер руки, – я нечасто ошибаюсь в своей науке и в этот раз предрекаю вам воистину величественный успех!
Патриарх французских физиков оказался полностью прав в своих прогнозах, и вскоре супруги Жолио демонстрировали всем желающим выверенный до мельчайших деталей эксперимент, когда буквально в течение нескольких минут облученную потоком нейтронов от полониевого источника пластину алюминия тут же погружали в раствор соляной кислоты с красным фосфором. При этом бурно выделялась газовая смесь водорода с его фосфористым соединением, вызывающая лавину щелчков у чувствительного счетчика Гейгера – Мюллера. Было вполне очевидно, что в массе обычного фосфора содержится новое вещество, искусственно созданное человеком: изотопы радиоактивного фосфора.
Головокружительный успех Ирен и Фредерика буквально поднял Марию Кюри со смертного одра, влив в нее последнюю порцию живительных сил. С кружащейся от слабости и волнения головой она появилась в лаборатории, чтобы своими глазами наблюдать итоговые, впечатляющие своей наглядностью опыты. До сих пор реальность ядерных реакций подтверждалась лишь наблюдениями на сцинциляционном экране, в камере Вильсона или электрическими разрядами радиационных счетчиков, поэтому догадаться о причинах радиации было очень трудно. Теперь же ядерные реакции дают изотопные продукты, допускающие химический анализ, – получается, что призраки язвительной Лизы Мейтнер самым натуральным образом материализовались!
Несомненно, это была и самая яркая последняя радость Марии Кюри, через несколько месяцев скончавшейся от лейкемии.
Глава 4. Харьковский период развития физики
Как известно, согласно последним данным физики, в достаточно больших количествах урана (именно в том случае, когда размеры уранового блока значительно больше свободного пробега в нем нейтронов) может произойти взрыв колоссальной разрушительной силы. Это связано с чрезвычайно большой скоростью развития в уране цепной реакции распада его ядер и с громадным количеством выделяющейся при этом энергии (она в миллион раз больше энергии, выделяющейся при химических реакциях обычных взрывов).
Тридцать третий довоенный год вошел в историю науки не только спорами на последнем предвоенном VII Сольвеевском конгрессе вокруг открытия искусственной радиоактивности, но и амбициозным объявлением тремя молодыми советскими физиками начала нового, «Харьковского периода развития физики», который должен был сменить затянувшийся «Кембриджский период». Все они стали выдающимися учеными прошлого века, а началось все с одного из первых теоретических семинаров по актуальным проблемам атомной физики.
Это мероприятие организовал весной 1932 года заведующий теоретическим отделом Украинского физико-технического института (УФТИ) Дмитрий Дмитриевич Иваненко. Самой важной темой докладов было обсуждение открытия новой элементарной частицы – нейтрона, сделанное кембриджским экспериментатором Чедвиком. Эта необычная микрочастица по массе была почти равна протону, но не имела электрического заряда. Вот тут-то Иваненко и предположил в своем выступлении, что именно нейтрон является недостающим звеном в модели атомного ядра. Харьковский теоретик прямо доказывал, что радиоактивность тяжелых ядер связана не только с их неустойчивостью, но и сложностью. Это подтверждали потоки протонов, электронов, альфа-частиц и гамма-лучей, сопровождавшие процессы радиоактивного распада. Однако все попытки построить ядро из протонов, электронов и альфа-частиц неизменно заканчивались неудачами. В модели Иваненко атомное ядро состояло всего из двух компонент – протонов и нейтронов, а вылетающие из ядра электроны и гамма-лучи возникали как продукты неизвестных ядерных реакций.
К сожалению, политика все настойчивее вмешивалась в жизнь международного научного сообщества, и после прихода нацистов к власти Гейзенберг не смог принять приглашение на конференцию в Советском Союзе. Не приехали также Бор, Чедвик и Резерфорд, которые готовились к очередному Сольвеевскому конгрессу, а Ферми находился в лекционном туре по американским университетам.
Исследования Иваненко позволили объяснить «азотную катастрофу», сформулированную итальянцем Разетти. Дело состояло в том, что ядро азота считалось состоящим из нечетного числа элементарных частиц, включая 7 электронов и 14 протонов, а эксперименты римских физиков доказали, что ядра атомов азота ведут себя как содержащие четное число частиц. Протонно-нейтронная модель Иваненко предполагала, что всего в ядре азота должно быть именно четное количество ядерных частиц – 14 нуклонов. Этим же летом новый руководитель теоретического отдела Харьковского физтеха Лев Давидович Ландау, которого все знакомые называли исключительно Дау, на очередном общеинститутском коллоквиуме подвел итоги еще одной «паритетной истории», до сих пор не имеющей однозначной интерпретации. Тут надо вспомнить, что УФТИ в то время был одним из немногих научных центров, где целенаправленно развивалась экспериментальная и теоретическая ядерная физика. В этом была большая заслуга тогдашнего директора УФТИ А. И. Лейпунского, который уделял очень много внимания развитию экспериментальной базы, широко применяя свой опыт и знания, полученные во время предыдущей работы в Ленинграде при разработке высоковольтных трансформаторов. Подобная техника широко применялась именно в экспериментальных атомных исследованиях, о чем их главный исполнитель Кирилл Дмитриевич Синельников прекрасно знал, проведя два года на стажировке в кембриджской лаборатории одного из основателей экспериментальной атомной науки Резерфорда. Там он внимательно наблюдал за работой английских ученых Дж. Кокрофта и Э. Уолтона, которые сооружали установку для расщепления атомного ядра с помощью высоких напряжений.
Возвратившись в Харьков, Синельников стал руководителем «высоковольтной бригады» института, как тогда называли соответствующие отделы, и с середины 1931 года начал интенсивную подготовку технической базы для исследования атомов элементарными частицами, разогнанными электрическим полем. Любопытно, что в это же время Харьковский физтех посетили сами Джон Кокрофт и Эрнест Уолтон, которых Синельников несколько необдуманно ознакомил с перспективной схемой каскадного генератора высокого напряжения, разработанного его сотрудниками. Считается, что именно на прообразе подобного харьковского оборудования уже через год «кембриджские мальчики Крокодила» смогли осуществить эксперимент по протонному расщеплению ядра атома лития.
Почему же харьковские ученые и инженеры, с большим энтузиазмом проводившие эксперименты по ускорению ядер гелия и водорода, первыми не достигли решающего результата? Дело в том, что проблема создания установки для ускорения частиц в то время содержала в себе не менее трех важных задач. Они включали конструирование тысячевольтных источников напряжения, сооружение вакуумированных колб, способных выдержать высокое напряжение, и создание ионных «пушек», выстреливающих поток микрочастиц по оси вакуумной трубки в камеру с атомной мишенью. При этом отечественные ядерщики, как и британцы, во всем были первопроходцами или, по крайней мере, таковыми себя считали. К тому же именно Ландау разубедил Лейпунского использовать перспективную схему высоковольтного каскадного генератора!
Трагическая развязка этой гонки за приоритетом произошла в мае 1932 года, когда в самый разгар исследований харьковской высоковольтной бригады пришло сообщение о том, что кембриджские физики Кокрофт и Уолтон осуществили реакцию расщепления ядра лития ускоренными протонами. Горечь поражения вскоре сменилась искренним недоумением, ведь еще в февральских сериях опытов были получены сходные данные, однако харьковские физики не сумели их правильно интерпретировать. Причем не смог их понять теоретический отдел Ландау, который по установившейся порочной практике высмеял незадачливых экспериментаторов. Сложилась критическая ситуация, ведь признание потери приоритета могло привести к грандиозному скандалу с катастрофическими оргвыводами, затрагивающими в первую очередь директорат УФТИ. Поэтому было принято решение: высоковольтная бригада якобы находилась на ложном пути, а импульсные трансформаторы малопригодны в атомных экспериментах.
После продолжительных дебатов бригада переориентировалась на генераторы постоянного напряжения, воспользовавшись имеющейся в ее распоряжении высоковольтной установкой на основе трансформаторов Коха – Штерцеля, дополнив ее кенотронами, конденсаторами и разрядными лампами. Новая установка комплектовалась около четырех месяцев и в начале октября 1932 года было получено напряжение в 350 тыс. вольт, а 10 октября К. Д. Синельниковым, А. И. Лейпунским, А. К. Вальтером и Г. Д. Латышевым впервые в СССР воспроизведен опыт Кокрофта и Уолтона – расщепление ядра лития искусственно ускоренными протонами. Однако по институту еще долго ходили слухи о «настоящем» расщеплении ядра, произведенном простыми техником и лаборантом под руководством сотрудника высоковольтной бригады Латышева.
Несколько двусмысленная ситуация требовала немедленного разрешения, и директорат УФТИ созвал обширную пресс-конференцию. В газетах появились броские сообщения: «Разрушено ядро атома», «Крупнейший успех советских ученых», «Атомная крепость взята!», сопровождаемые восторженными откликами на открытие харьковских физиков. Однако на волнах всеобщего восторга теоротдел, а особенно его руководитель, оказались в еще более двусмысленном положении. Характер «гения Дау» никогда не позволял ему признавать свои ошибки, поэтому он посчитал, что оптимальным будет отнестись к данному достижению высоковольтной бригады с большой долей иронии. Подобным образом Ландау и в будущем встречал все свои крупные промахи, стоившие Нобелевских премий советской науке и ломавшие судьбы ученых, прикрывая их сарказмом и фиглярством. Вот и тут на очередном «научном капустнике» Ландау выступил с собственной юмореской, где с самым серьезным видом сообщил об успехах сотрудников своего теоротдела и предложил отправить правительственную телеграмму: «Продифференцировали синус, получили косинус, работы продолжаются».