Книга Создание атомной бомбы - Ричард Роудс

в своем горе. Хаос, наступивший с появлением беженцев, и связанная с ним изнурительная работа помогли ему выйти из этого состояния.

Все сотрудники института увлеченно следили за нейтронными экспериментами Ферми. Фриш, единственный из присутствовавших физиков знакомый с итальянцем, переводил вслух каждую из его статей, как только приходил очередной номер Ricerca Scientifica. Копенгагенская группа не могла понять, почему медленные нейтроны воздействуют на одни элементы сильнее, чем на другие; в соответствии с одночастичной моделью ядра даже медленный нейтрон должен был почти всегда пролетать сквозь ядро насквозь, без какого-либо захвата.

Ханс Бете написал в Корнелле статью с расчетами вероятности захвата нейтронов. Его результаты резко противоречили наблюдениям. Фриш вспоминает проходивший в 1935 году в Копенгагене коллоквиум, на котором кто-то делал доклад по статье Бете:

На этот раз Бор все время перебивал докладчика, и я начал удивляться, с некоторым даже раздражением, почему он не дает тому закончить доклад. Затем Бор внезапно остановился на полуслове и сел с совершенно помертвевшим лицом. Мы смотрели на него в течение нескольких секунд, постепенно начиная волноваться. Не заболел ли он? Но потом он внезапно встал и сказал с извиняющейся улыбкой: «Теперь я все понял»[998].

Что именно Бор понял относительно устройства ядра, стало ясно из его эпохальной лекции, прочитанной в Датской академии 27 января 1936 года и опубликованной впоследствии в Nature. В работе «Захват нейтрона и строение ядра»[999] явление захвата нейтронов послужило основой для новой модели ядра; как и в случае с планетарной моделью атома Резерфорда, Бор предлагал радикальные изменения теории, опираясь на надежные экспериментальные данные.

Он представил себе ядро не в виде единой частицы, а составленным из плотно упакованных протонов и нейтронов (для частиц, составляющих ядро, используют еще общее название «нуклоны»). Нейтрон, попадающий в такое заполненное частицами ядро, не может пролететь его насквозь; он сталкивается с ближайшим нуклоном, теряет свою кинетическую энергию (как разбивающий бильярдный шар в начале партии) и оказывается захвачен сильным взаимодействием, которое удерживает ядро от распада. Энергия, поступившая от нейтрона, приводит в движение близлежащие нуклоны; они, в свою очередь, сталкиваются с нуклонами, расположенными дальше; в результате получается более возбужденное, «более горячее» ядро, ни один из индивидуальных компонентов которого не может, однако, быстро получить достаточной энергии для преодоления электрического барьера и выхода из ядра. Если ядро избавляется затем от избыточной энергии, испуская фотон гамма-излучения, то есть «остывает», то ни один из его нуклонов не может накопить достаточной энергии для вылета. В итоге, как уже доказали эксперименты Ферми, образуется более тяжелый изотоп того элемента, который был подвергнут бомбардировке.

При более сильном обстреле ядра[1000], полагал Бор, энергия по-прежнему будет распределяться по всему составному ядру, образованному в результате захвата. Последующая повторная концентрация энергии может позволить ядру испустить несколько заряженных или незаряженных частиц. Бору казалось, что его модель составного ядра не сулит ничего хорошего с точки зрения обуздания ядерной энергии:

В случае еще более сильных соударений с частицами, обладающими энергией порядка тысячи миллионов вольт, следует даже ожидать, что столкновение может вызвать взрыв всего ядра. Однако следует учитывать не только то обстоятельство, что такие энергии, разумеется, остаются пока далеко за гранью экспериментальных возможностей, но и тот очевидный факт, что подобные эффекты вряд ли приблизят нас к решению интенсивно обсуждаемой задачи высвобождения ядерной энергии в практических целях. Более того, чем больше мы узнаем о ядерных реакциях, тем более отдаленным кажется достижение этой цели[1001].

Таким образом, к середине 1930-х годов три самых самобытных из живших в это время физиков высказали свое мнение по вопросу использования ядерной энергии. Резерфорд назвал его миражом; Эйнштейн сравнил его со стрельбой по редким птицам в темноте; Бор считал, что его решение отдаляется прямо пропорционально объему наших знаний. Хотя их скепсис кажется менее проницательным, чем энтузиазм Сциларда, они имели более четкое представление об имевшихся шансах. Самые важные черты будущего всегда остаются непредвиденными. Эти люди были достаточно опытны, чтобы не предаваться мечтаниям.

Хотя в своей лекции Бор предпочел ограничиться общими принципами, у него уже была наготове математическая модель, позволявшая проследить «следствия из изложенных здесь общих рассуждений»[1002]. В следующем году, 1937-м, он опубликовал описание этой модели. Опираясь еще на свою диссертационную работу по поверхностному натяжению текучих сред, он демонстрировал преимущества рассмотрения атомного ядра в виде капли жидкости[1003].

Стремление молекул к слипанию создает в жидкости «оболочку» поверхностного натяжения. Поэтому падающая дождевая капля округляется до миниатюрного правильного шара. Но воздействие на каплю жидкости любой силы деформирует этот шар (представьте себе колебания подброшенного в воздух и пойманного воздушного шарика, наполненного водой). Поверхностное натяжение и деформирующие силы вступают в сложное противодействие друг другу; молекулы жидкости сталкиваются и разлетаются; капля колеблется и меняет форму. В конце концов добавленная энергия рассеивается в форме тепла, и капля снова стабилизируется.

Ядро, утверждал Бор, ведет себя подобным же образом. Сила, удерживающая нуклоны вместе, – это сильное ядерное взаимодействие. Этой силе противодействует обычное электрическое отталкивание положительно заряженных ядерных протонов. Хрупкое равновесие между этими двумя основными силами делает ядро подобным жидкости. Энергия, поступающая извне с налетающими частицами, деформирует ядро; оно колеблется как капля жидкости, испытывая сложные периодические деформации – так же, как колебались волнообразные струи воды, которые Бор изучал при подготовке своей диссертации. Это означает, что для понимания сложных энергетических уровней ядра и переходов между ними, обнаруженных в работах Ферми, можно использовать классические формулы Рэлея для поверхностного натяжения в жидкостях. «В этой статье 1937 года многие вопросы еще оставались неясными»[1004], – пишет американский физик-теоретик Джон Арчибальд Уилер, впоследствии помогший Бору прояснить некоторые из них. Однако капельная модель оказалась полезной, и ее взяли на вооружение в числе прочих Фриш в Копенгагене и Лиза Мейтнер в Берлине.

В один погожий четверг октября 1937 года шестидесятишестилетний, но полный сил Эрнест Резерфорд вышел в сад у своего дома в зеленом районе на задворках Кембриджского университета, чтобы подрезать дерево[1005]. Он упал и сильно ушибся. По словам Мэри Резерфорд, ближе к вечеру он почувствовал себя «неважно»[1006] – у него началась тошнота и несварение желудка, – и она вызвала массажиста. Ночью Резерфорда рвало. Наутро он вызвал семейного врача. У него была небольшая пупковая грыжа, из-за которой он носил бандаж; врач предположил ущемление, посоветовался со специалистом и отправил Резерфордов в санаторий «Эвелин» (Evelyn Nursing Home) на срочную операцию. По пути в