Книга Создание атомной бомбы - Ричард Роудс

лаборатория процветала под руководством Резерфорда. Роберт Оппенгеймер так мучился там главным образом потому, что не был экспериментатором; для физиков-экспериментаторов Кавендиш был именно тем центром, который надеялся найти там Оппенгеймер. Ч. П. Сноу учился там немного позже, в начале 1930-х, и его восторженные впечатления выражает вымышленный молодой ученый, герой его первого романа «Поиски»[588], опубликованного в 1934 году:

Вряд ли я когда-нибудь забуду эти собрания по средам в Кавендише. Для меня они были воплощением глубочайшей личной взволнованности наукой; в них была, если хотите, романтика, но не романтика частного научного открытия, которую я вскоре познал. Каждую среду я возвращался домой сырыми вечерами, когда восточный ветер с болот с воем проносился по старым улицам, и я шел, озаренный ощущением, что я их видел, слышал, был рядом с лидерами величайшего движения в мире[589][590].

Лаборатория, более чем когда-либо переполненная народом, начинала заметно ветшать. Марк Олифант вспоминает, что, впервые попав в холл, расположенный перед кабинетом Резерфорда, он заметил «не покрытые коврами дощатые полы, выцветший лак на сосновых дверях и пятна на оштукатуренных стенах, тускло освещенных световыми люками с грязным стеклом». Кроме того, Олифант зафиксировал облик Резерфорда в это время, в конце 1920-х, когда директор Кавендишской лаборатории был на середине шестого десятка: «Меня радушно встретил крупный, довольно румяный человек с редеющими светлыми волосами и большими усами. Он сильно напомнил мне заведующего сельской лавкой и почтовым отделением в маленькой деревне в холмах за Аделаидой, в которой я провел часть своего детства. В присутствии Резерфорда я сразу же почувствовал себя легко и уютно. Он говорил, слегка запинаясь, и время от времени подносил спичку к своей трубке, которая изрыгала дым и пепел не хуже вулкана»[591].

Резерфорд по-прежнему совершал поразительные открытия при помощи простейшего оборудования. Самое важное из них, если не считать открытия ядра, обрело зримые формы в 1919 году, незадолго до его переезда из Манчестера в Кембридж: статью о нем он сдал в печать в апреле. Позже, уже в Кавендишской лаборатории, они с Джеймсом Чедвиком продолжили эту работу. Собственно говоря, в манчестерской статье 1919 года подводились итоги серии исследований, которыми Резерфорд занимался в редкие свободные минуты четырех военных лет, когда он практически в одиночку обеспечивал продолжение работы своей лаборатории и одновременно работал над системами обнаружения подводных лодок по заказу Адмиралтейства. Статья вышла в четырех частях. Первые три части подготавливали почву для четвертой, революционной части под названием «Аномальный эффект в азоте»[592].

В 1915 году Эрнест Марсден, работа которого по изучению рассеяния альфа-частиц привела Резерфорда к открытию атомного ядра, обнаружил столь же плодотворную странность в процессе рутинных экспериментальных исследований в Манчестере. Марсден использовал альфа-частицы – ядра гелия, элемента с атомным весом 4, – вылетающие из маленькой стеклянной трубки с газообразным радоном, для бомбардировки атомов водорода. Для этого он закрепил трубку с радоном внутри герметичного латунного ящика, на одной из стенок которого был установлен сцинтилляционный экран из сульфида цинка, откачал из этого ящика воздух и заполнил его газообразным водородом. Альфа-частицы, испускаемые радоном, отскакивали от атомов водорода (с атомным весом около 1) как стеклянные шарики, передавая атомам водорода свою энергию, в результате чего некоторые из них начинали двигаться в сторону сцинтилляционного экрана. Затем Марсден измерил дальность их полета, вставляя перед экраном листы поглощающей металлической фольги до тех пор, пока сцинтилляция не прекращалась. Как и следовало ожидать, менее массивные атомы водорода разлетались в результате столкновений с более тяжелыми альфа-частицами дальше, чем сами альфа-частицы, – приблизительно в четыре раза дальше, уточняет Резерфорд, – так же, как это происходит с более и менее крупными стеклянными шариками.

Тут все было достаточно понятно. Но затем, рассказывает Резерфорд, Марсден заметил в процессе откачки воздуха из ящика, что сама стеклянная трубка с радоном, «служащая источником α-частиц, вызывает сцинтилляции, подобные тем, которые обусловлены водородом»[593]. Он попытался использовать трубку из кварца, затем никелевый диск, покрытый соединением радия, и обнаружил столь же яркие, водородоподобные вспышки. «Марсден пришел к выводу, что водород возникает из самого радиоактивного вещества»[594][595]. Этот вывод, окажись он справедливым, был бы ошеломляющим – до сих пор из распадающихся радиоактивных атомов наблюдалось испускание только ядер гелия, бета-частиц (электронов) и гамма-лучей, – но он не был единственным возможным объяснением происходящего. И Резерфорд, который в конце концов открыл два из трех основных типов радиоактивного излучения и никогда не встречал среди них водорода, не был готов сразу, не глядя, согласиться с ним. В 1915 году Марсден вернулся в Новую Зеландию на преподавательскую работу; Резерфорд продолжил изучение этой странной аномалии. У него было вполне конкретное предположение относительно того, что именно он ищет. «Время от времени мне удается урвать свободные полдня, чтобы провести некоторые из моих собственных экспериментов, – писал он Бору 9 декабря 1917 года, – и я думаю, что получил результаты, которые в конце концов окажутся чрезвычайно важными. Мне очень хотелось бы обсудить все эти вещи вместе с вами здесь. Я обнаруживаю и подсчитываю легкие атомы, приводимые в движение α-частицами, и эти результаты, как мне кажется, проливают яркий свет на характер и распределение сил вблизи ядра. Я также пытаюсь этим же методом взломать атом»[596][597].

Его установка была похожа на установку Марсдена: маленький латунный ящик с запорными кранами для ввода и вывода газов и сцинтилляционным экраном, установленным на одной из его стенок. В качестве источника альфа-частиц он использовал конический латунный диск, покрытый соединением радия:

Схема эксперимента Эрнеста Резерфорда: D – источник альфа-частиц, S – сцинтилляционный экран из сульфида цинка, M – микроскоп

Проще всего было объяснить аномальное появление атомов водорода у Марсдена загрязнением: водород – легкий, химически активный элемент, и небольшое его количество содержится в повсеместно присутствующем воздухе. Поэтому перед Резерфордом, по сути дела, стояла задача тщательного исключения. Ему нужно было последовательно выделять все возможные источники атомов водорода в ящике до тех пор, пока он не смог бы убедительно доказать их происхождение. Вначале он продемонстрировал, что они не могли возникать из одних только радиоактивных материалов. Он установил, что их масса и предполагаемая дальность были такими же, как и у атомов водорода, которые вылетали в эксперименте Марсдена в результате бомбардировки газообразного водорода альфа-частицами. Он ввел в откачанный латунный ящик обезвоженный кислород, затем – углекислый газ, и в обоих случаях обнаружил, что атомы водорода, вылетающие из