Книга Лиза Мейтнер. Расщепление ядра - Роджер Корхо Оррит

Физик и лидер команды Мейтнер и химик Ган дополняли друг друга, и это помогало им успешно решать вопросы, возникающие при изучении урана. В работе Мейтнер большое значение имел анализ результатов с помощью химических методов. Если в результате химического анализа выяснялось, что вещество осаждается или что обнаруживается радиоактивное вещество, это позволяло точно определить химический элемент. Мейтнер, со своей стороны, должна была сформулировать теоретическую модель, описывавшую наблюдаемые процессы. В связи с полученными результатами возникало множество сомнений: например, и термальные, и быстрые нейтроны вызывали один из двух видов распада. Были и другие неразрешенные вопросы. Спустя много лет Мейтнер писала:

«Я постоянно чувствовала себя несчастной, потому что не могла понять, как может атомное число постоянно увеличиваться при той же массе. Я постоянно спрашивала об этом Вайцзеккера [одного из тогдашних ассистентов]. Как это может быть? Я была совершенно не удовлетворена результатами наших экспериментов до открытия расщепления».

РИС. 6

ПЕРЕД НАЦИСТСКОЙ УГРОЗОЙ

Пока Ган и Мейтнер были погружены в исследования, немецкое общество все более деградировало. Нацистская идеология захватывала все социальные слои, давление на еврейскую часть населения становилось более явным. Мейтнер не затронули законы, ущемлявшие права немецких евреев: во-первых, она сохраняла австрийское гражданство, во-вторых, у нее было много влиятельных друзей, в том числе Макс Планк, ходатайствовавший, чтобы она не лишилась места в институте. Свидетельством расположения легендарного физика, руководившего Обществом кайзера Вильгельма с 1930 по 1937 год, является то, что он неоднократно выдвигал Мейтнер на Нобелевскую премию. Она была кандидатом от Планка для получения Нобелевской премии по химии в 1936 году, в том же году Гейзенберг выдвинул ее кандидатуру для получения премии в области физики. Планк обсуждал свое предложение о выдвижении Лизы Мейтнер на Нобелевскую премию с немецким физиком Максом фон Лауэ (1879-1960):

«Я высказываюсь за выдвижение фройляйн Мейтнер на Нобелевскую премию. Я уже выдвигал ее кандидатуру в прошлом году с предложением разделить премию по химии за 1936 год между Ганом и Мейтнер. Но я согласен и с предложением, о котором мы говорили с Гейзенбергом».

Несомненно, получение премии способствовало бы международному авторитету Мейтнер и обеспечило бы ей большую безопасность, которая помогла бы избежать части трудностей, ожидавших исследовательницу впереди.

ОТКРЫТИЕ РАСЩЕПЛЕНИЯ

В 1936 году Бор вместе со своими сотрудниками предложил теорию атомного ядра, подобного капле воды, о которой мы уже говорили. Как мы видим, на столе у ученых лежали почти все части головоломки, но соединить их воедино пока не удавалось. В области химического анализа исследователи ограничивались изучением переходных элементов вместо поиска новых. Мейтнер так описывала сделанные ими ошибки:

«Во время облучения быстрыми нейтронами осаждение происходило таким образом, что уран, палладий и торий оставались в фильтрате, что поддерживало идею о трансурановой природе осаждаемых элементов. По этой причине — и это была наша ошибка — в течение долгого времени мы никогда не рассматривали фильтрат после осаждения и воздействия медленных нейтронов».

Необходимость скорейшего получения релевантных результатов чувствовалась еще сильнее ввиду соревнования с командой из Парижа. В 1935 году Мейтнер и Ган провели несколько экспериментов, бомбардируя торий нейтронами и вновь получив цепные бета-реакции. Это открытие было впоследствии получено и Жолио-Кюри, хотя в своей статье они не упомянули Гана и Мейтнер. Для Мейтнер речь шла не только о престиже, но фактически о выживании, так как возможность продолжать работу для нее была подвешена на тонкой нити. Как писал Ган в одном письме, им было очень неприятно, что Ирен Кюри не цитировала их, хотя им «как никогда раньше было необходимо получать признание за свою научную работу».

Именно тогда Ирен Кюри сделала ключевое открытие. В 1938 году с помощью своего сотрудника Павла Савича она осуществила бомбардировку урана термальными нейтронами, и среди продуктов реакции было обнаружено вещество, которое прежде не замечали, с периодом полужизни 3, 5 часа. Вначале исследователи решили, что перед ними изотоп тория, получивший название куриозум. Берлинскую группу этот результат шокировал: им казалось, что такого не может быть. Мейтнер считала, что медленные нейтроны не могут превращать уран в торий. Они воспроизвели эксперимент, стараясь обнаружить торий среди продуктов реакции, но не нашли его. После этого Мейтнер связалась с Кюри, чтобы та отозвала свою статью, хотя, как потом сожалела Лиза, если бы они искали продукт с временем распада в 3, 5 часа, все могло быть по-другому.

В этот период Мейтнер пришлось срочно покинуть Берлин, чтобы избежать ареста. В октябре 1938 года Ган и Штрассман продолжили анализировать результаты, рассматривая их в связи с работой Кюри, но в этот раз, к своему удивлению, они обнаружили изотоп радия. Если Мейтнер считала невозможным, чтобы термальный нейтрон вызывал отделение от ядра альфа-частицы, то еще более невозможным это было для двух частиц (напомним, что у урана на четыре протона больше, чем у радия).

В ноябре 1938 года произошла встреча Лизы Мейтнер, Отто Гана и Нильса Бора в Институте теоретической физики в Дании, имевшая огромное значение. Встреча держалась в тайне, так как Гана из-за нее могли обвинить в измене и уволить. На ней Мейтнер настаивала, что радий получиться не мог, поэтому нужно продолжать исследования природы нового элемента. Позже Штрассман объяснял:

«К счастью, мнение Мейтнер имело для нас такое важное значение, что мы сразу же принялись за контрольные испытания».

В качестве носителя ученые использовали барий, так как он входит в одну группу периодической таблицы с радием и имеет схожее химическое поведение. Удивительно, но все попытки отделить барий, использованный как проводник радия, не увенчались успехом: оставался только барий. Этот эксперимент был осуществлен в ночь с 16 на 17 декабря того года. Результат заставлял думать, что под воздействием нейтрона ядро урана раскалывается на две части. Дальше произошел тот обмен письмами, о котором мы говорили в главе 1. Мейтнер и ее племянник Отто Фриш высказали идею о расщеплении ядра атома на основании предложенной Бором модели ядра в виде капли воды.

НЕЯСНОСТЬ РАЗВЕИВАЕТСЯ

Ган и Штрассман опубликовали результат своего опыта с ураном 6 января и 1 февраля в престижном журнале Naturwissenschaften. Мейтнер не могла подписать эту статью, поскольку она уже покинула Берлин, а также потому, что ее фамилия могла создать проблемы для двух других авторов. Мейтнер и Фриш 11 февраля 1939 года опубликовали в журнале Nature статью, вводившую понятие ядерного расщепления с обоснованием управляющих им физических процессов.

Наконец-то стали понятны результаты опытов, которые они обдумывали в течение нескольких лет. С одной стороны, из трех выделенных ими процессов только в третьем случае, когда цепочка индуцированных реакций была самой короткой, образовывался стабильный трансурановый элемент. Этот элемент удалось обнаружить в 1940 году, и он получил название нептуний. Таким образом, существование трансурановых элементов нашло частичное подтверждение.