Жизнь и идеи Бруно Понтекорво - Михаил Сапожников

может осуществляться не только за счет испускания γ-кванта. Энергия перехода может передаваться непосредственно электрону атомной оболочки. В результате этого явления испускается не γ-квант, а так называемый конверсионный электрон, кинетическая энергия которого равна разности между энергией ядерного возбужденного состояния перехода и энергией связи электрона на той оболочке, с которой он был испущен.

Понтекорво предположил, что при сравнительно малых энергиях перехода вероятнее будет испускание не γ-кванта, а электронов внутренней конверсии. Если это так, то должны наблюдаться электроны с четко фиксированной энергией. Обычный бета-распад – это испускание электрона с некоторым непрерывным спектром. Бруно же предсказал, что в энергетическом спектре электронов от изомеров должны наблюдаться узкие линии. Он сделал это в своем выступлении на Международном конгрессе, организованном Жолио в 1937 г. в Palais de la Decouverte в Париже [26]. Интересно, что независимо от Понтекорво к такой же идее пришел и И. В. Курчатов.

Для экспериментальной проверки своей гипотезы Бруно выбрал изотоп родия 104Rh. Причина, как писал Бруно [27], состояла в том, что с образцом родия он набегал более 100 километров по коридорам на виа Панисперна и хорошо знал, что при облучении медленными нейтронами у родия появляются две активности с периодами полураспада в 44 секунды и 4,2 минуты. В группе Ферми активность родия с периодом полураспада в 44 секунды использовали как индикатор активности, наведенной за счет облучения медленными нейтронами. Бруно верил, что появление двух активностей – это признак изомерии. Эксперименты, сделанные на простой аппаратуре – радон-бериллиевый источник нейтронов, тонкая родиевая мишень и тонкостенный счетчик Гейгера – Мюллера – подтвердили это предположение.

Примечательно, что счетчики Бруно делал сам. Об этом в своих воспоминаниях пишет З. В. Ершова[7], которую в 1935 г. советское правительство послало в лабораторию Кюри на стажировку [28]. Она вспоминает, как встретила там Понтекорво и он подарил ей счетчик Гейгера – Мюллера собственного изготовления.

Другое замечательное открытие Бруно – существование ядер-изомеров, стабильных относительно бета-распада. В обычном бета-распаде из ядра вылетает электрон, а в распадах таких изомеров испускаются не электроны, а гамма-кванты. Жолио назвал это явление «ядерной фосфоресценцией». Обычная фосфоресценция состоит в том, что некоторые вещества после облучения их светом начинают светиться. Происходит это из-за того, что световое облучение переводит электроны атома на высшие энергетические уровни, а снятие возбуждения идет через различные метастабильные состояния с большим временем жизни. То есть высвечивание может длиться довольно долго. Ровно такой же эффект возникает у изомеров после облучения нейтронами или гамма-квантами, у них снятие возбуждения может происходить через попадание в метастабильное состояние с большим временем жизни. Вещество начинает после возбуждения светиться в диапазоне жестких гамма-квантов, причем такое высвечивание может тоже длиться долго и по ядерным, и по обычным временам. Бруно увидел это явление облучая 115In рентгеновскими квантами с энергией 3 МэВ. Типичное время жизни ядерного возбуждения составляет 10-12 – 10-17 секунды, а в индии период полураспада возбужденного состояния оказался 4,5 часа!

Такой красивый эффект понравился Ферми. Он прислал поздравление с интересным результатом, чему Бруно очень обрадовался. До этого у него было подозрение, что он интересен Ферми только как партнер по теннису [8].

Важное замечание сделал биограф Бруно Дж. Фидекаро [29]. Он говорил, что в Риме Бруно был учеником, а работа в Париже сделала его настоящим ученым. Конечно, роль Бруно в открытии эффекта замедления нейтронов значительна. Но все-таки тогда он был начинающим физиком, который хорошо справился с порученной задачей, – увидел необычный инструментальный эффект и не прошел мимо. Однако работы по изомерии – это проверка своих собственных физических идей. Можно сказать, что как самостоятельный ученый Понтекорво начался именно с работ по изомерии. Причем тут сразу проявилась особенность его таланта: он не только выдвигал идеи, но и проверял их экспериментально.

Впоследствии в своей автобиографии [8] Бруно с гордостью писал:

«Я предсказал существование стабильных (относительно бета-радиоактивности) ядерных изомеров и экспериментально нашел (1938 г.) первый пример: кадмий, возбужденный быстрыми нейтронами. Я предсказал, что переходы между изомерами в общем должны иметь очень большие коэффициенты внутренней конверсии, и независимо, но несколько раньше Г. Сиборга и Э. Сегре занялся поиском и нашел (1938 г.) на примере родия, а также в других случаях радиоактивные ядра нового типа, в том смысле, что они распадаются, испуская монохроматическую линию электронов вместо обычного непрерывного бета-спектра. Наконец, совместно с А. Лазардом мне удалось получить (1939 г) бета-стабильные изомеры (115In* и другие) путем облучения стабильных ядер непрерывным спектром рентгеновского излучения высокой энергии (3 МэВ)».

Чувствуется, как в этих строках сквозит законная гордость выполненной работой.

Надо сказать, что, как и в случае открытия замедления нейтронов, Бруно повезло стоять у истоков целого научного направления. Он обнаружил только несколько самых первых изомеров, сейчас число таких ядер исчисляется десятками тысяч. Обнаружены изомеры, чей возраст даже превышает возраст Вселенной!

Как мы увидим при дальнейшем рассказе о научной биографии Понтекорво, штамп «повезло стоять у истоков» придется употреблять много раз. Где-то, действительно, был элемент случайности (история с замедлением нейтронов), но, в основном, это следствие оригинальности мышления Бруно как физика.

Несколько слов про источник рентгеновского излучения 3 МэВ. Бруно работал в лаборатории, которая находилась в пригороде Парижа Иври. Жолио трансформировал ее из заброшенной фабрики. Там был собран передовой для своего времени ускоритель – импульсный генератор Ван де Граафа. В отличие от лабораторных опытов на столе в Риме, Бруно впервые столкнулся с аппаратурой, на которой, как он писал [27], можно было даже отрабатывать альпинистские навыки. Бруно говорил, что вся обстановка в Иври сильно напоминала декорации фантастического фильма. От генератора летели двухметровые молнии, и каждый импульс сопровождался жутким грохотом [27]. Видно, что с техникой безопасности у Жолио были явные проблемы.

За работы по ядерным изомерам Бруно получил премию Кюри – Карнеги, и это позволило ему оставаться в лаборатории Жолио до 1940 г.

6. Антисемитские законы Муссолини

Официально с 1934 г. Понтекорво числился ассистентом в Институте физики Королевского университета в Риме. Это была временная позиция, которая каждый год возобновлялась. В мае 1937 г. ее решено было перевести в разряд постоянных позиций, и был объявлен конкурс на замещение должности [14]. У Бруно возник реальный шанс получить постоянное место работы. Но для этого ему надо было вернуться в Италию Муссолини. В самый разгар торжества фашизма. Наверное, это был его первый сложный жизненный выбор, который он сделал, сообразуясь со своими политическими убеждениями, – Бруно не стал участвовать в конкурсе, не поехал в Рим и остался с временным контрактом, но в свободном Париже. Жизнь показала, что он поступил правильно.

14 июля 1938 г. правительством Муссолини был принят расистский антисемитский закон. Он запрещал евреям занимать любые государственные должности, например, преподавать в школах или в университетах. Запрещались смешанные браки. Евреям нельзя было иметь компании, в которых больше 100 сотрудников.