Ядерная зима. Что будет, когда нас не будет? - Вернер Гейзенберг

Под руководством Резерфорда в Кембридже Фезер провел весьма продуктивные исследования поведения нейтронов. Но наиболее интересные результаты исследований, начиная с 1934 г., были получены в Риме. За несколько лет Вечный город превратился в столицу мировой физики. Этим он был обязан работам молодого ученого Энрико Ферми.

Решение Ферми посвятить себя физике атома (вместо спектроскопии, как он намеревался раньше) было принято им совершенно случайно во время спора со своими сотрудниками в комнатке на теннисном корте.

Последовавший вскоре успех подтвердил правильность его выбора. Даже первые теоретические труды Ферми вызвали настоящую сенсацию, особенно среди физиков младшего поколения. Они часто совершали путешествие в Рим, чтобы посмотреть на итальянца, которого надо было всерьез принимать за ученого, несмотря на его мальчишеский задор в спорте.

Ферми не разочаровал их. Впечатления Бете, этого блестящего ученика Арнольда Зоммерфельда, были типичными. Он писал из Рима своему учителю:

«Конечно, я приехал для того, чтобы видеть Колизей и восхищаться им. Но самое лучшее в Риме, это, несомненно, Ферми. Он обладает изумительной способностью немедленно видеть решение любой заданной ему проблемы».

В 1934 г., когда стало известно об успешном получении супругами Кюри искусственных радиоактивных элементов, Ферми потерпел некоторую неудачу. Его последняя статья о бета-лучах была отклонена лондонским журналом «Нэйчур», в котором помещалось все наиболее важное, что имело отношение к физике. Тогда Ферми решил попробовать свои силы на этот раз «только шутки ради» на некотором варианте практических экспериментов, предпринимавшихся Жолио. Но Ферми решил применить не альфа-частицы, как это делал француз, а новый, более мощный снаряд — нейтрон. Вместе с учениками он начал в 1934 г. систематическую бомбардировку нейтронами одного элемента за другим. Результаты с первыми восемью элементами оказались отрицательными. Но когда взялись за девятый элемент, фтор, то гейгеровский счетчик начал щелкать, т. е. обнаружил искусственную радиоактивность. Работа оказалась настолько захватывающей, что молодой ученый физико-химик д’Агостино, приехавший из Парижа на несколько недель, так надолго отложил свой отъезд, что кончился срок действия железнодорожного обратного билета, и тогда он решил остаться навсегда.

В процессе этих экспериментов Ферми и его ближайшие помощники сделали два важных открытия. Первое заключалось в том, что радиоактивность металлической мишени, бомбардируемой нейтронами, возрастала в сотню раз, когда нейтроны предварительно замедлялись слоем воды или парафина. Предположение об этом впервые было подтверждено в живописном прудике для золотых рыбок за зданием Физического института. Второе открытие предполагало, что бомбардировка самого тяжелого из всех металлов, урана, по-видимому, приводила к появлению нового элемента и, возможно, даже нескольких новых, так называемых искусственных трансурановых элементов. Первое из этих открытий впоследствии оказало решающее воздействие на последующее развитие физики атома. Второе же было не чем иным, как иллюзией.

Ферми все же не удалось с помощью нейтронов создать новые трансурановые элементы. Но он сумел, и, возможно, впервые, расщепить атом урана. Работа Ферми, достигшая своего апогея созданием нового элемента с порядковым номером 93, произвела глубокое впечатление на весь ученый мир. Ферми смог показать эффект мощного воздействия нейтронов, этих новых микроскопических частиц, открытых Чэдвиком.

Однако выяснить результаты нейтронной бомбардировки ему не удалось.

Во многих лабораториях начали проводить эксперименты, подобные тем, которые делал Ферми. Среди всеобщего одобрения прозвучало только одно критическое замечание. Ида и Вальтер Ноддак, молодая пара из Института физической химии Фрейбургского университета в Бреслау, еще с 1929 г. держались весьма настороженно в отношении возможности открытия естественных трансурановых элементов. Еще до своего замужества в 1925 г. фрау Ноддак открыла неизвестный до того элемент рений. Она и ее муж считались ведущими авторитетами в области химического анализа редких земель. В 1934 г. они получили от чехословацкого химика Коблика образчики красной соли, которую тот извлек из урановых руд в Иоахимстале. Коблик решил, что это трансурановый элемент, и хотел назвать его богемием. Подвергнув образцы соответствующим химическим испытаниям, супруги Ноддак пришли к заключению, что предположение чешского ученого ошибочно, Ида Ноддак вынесла столь же неблагоприятный приговор и «трансурановым элементам» Ферми. Она не только доказала, что итальянский физик в своих химических анализах не представил убедительных доводов в обоснование своего предположения, но и выдвинула смелую гипотезу, справедливость которой подтвердилась лишь в конце 1938 г. В 1934 г., т. е. более чем за четыре года до открытия явления расщепления атома урана Ганом и Штрассманом, она писала в «Цейтшрифт фюр ангевандт Хеми»:

«Можно предположить, что когда ядра распадаются под воздействием нейтронов, то возникают ядерные реакции, значительно отличающиеся от тех, которые наблюдались до сих пор при воздействии протонов или гамма-частиц на атомное ядро. Казалось бы вероятным, что при бомбардировке тяжелых ядер нейтронами исследуемое ядро распадается на несколько крупных кусков, которые, несомненно, должны быть изотопами известных элементов, но не соседями элементов, подвергнутых облучению».

Когда эта критика и сопутствующие ей сомнения дошли до Ферми, то последний не принял их всерьез. Предположение, что нейтроны с энергией менее одного вольта[8] в состоянии расщепить атомные ядра, которые могут противостоять бомбардировке с энергиями в миллионы вольт, ему как физику казалось совершенно немыслимым. В своей правоте Ферми убедился в еще большей степени, когда с ним согласился Отто Ган — признанный в мире специалист по радию.

В это же время «трансурановые» элементы Ферми усиленно изучались в лаборатории Института кайзера Вильгельма в Берлин-Далеме под руководством Гана и его коллеги из Вены фрейлен Лизы Мейтнер. В многочисленных публикациях 1935–1938 гг. Ган и Мейтнер исчерпывающе описали химические свойства новых веществ, образовавшихся в результате нейтронной бомбардировки. Фрау Ноддак писала: «Я все же продолжаю сомневаться в том, что это самостоятельные трансурановые элементы. Мой муж и я давно знаем Гана, и он часто интересовался нашей работой… в 1935 или в 1936 г. мой муж в разговоре с ним высказал мысль о том, что Ган мог бы в своих лекциях или публикациях хотя бы упомянуть о моем критическом отношении к экспериментам Ферми. Но Ган ответил, что ему не хотелось выставлять меня в смешном виде, поскольку мое предположение о раскалывании ядер урана на крупные осколки являлось, по его мнению, чистейшим абсурдом».

Ни Ферми, ни Ган-Мейтнер со своими сотрудниками не принимали всерьез гипотезы фрау Ноддак.