Под знаком кванта. - Леонид Иванович Пономарёв

на это явление глазами первооткрывателей и если не понять, то хотя бы почувствовать корень их сомнений. Прежде всего, они — химики, и химический элемент для них — некая чрезвычайно устойчивая индивидуальность, которая остается невредимой, пройдя через жар и холод, бесконечные растворения, кристаллизации и бурные химические реакции. Лишь недавно они с большим трудом привыкли к тому, что иногда, в процессе радиоактивного распада ядер, один элемент может превратиться в другой. Но самое большее, чего можно было в этом случае добиться,— это передвинуть элемент в таблице Менделеева на одну, максимум на две клетки. Но ведь порядковый номер бария равен 56 — почти вдвое меньше порядкового номера урана! И если поверить в то, что барий действительно образуется из урана, придется допустить, что элементы по таблице Менделеева можно перемещать, как вздумается,— ни один химик с этим смириться не может.

22 декабря 1938 г. Ган и Штрассман направили в печать статью с описанием своих опытов. Накануне Отто Ган написал письмо Лизе Мейтнер, в котором поделился своими сомнениями,— с ней его связывали 30 лет дружбы, работы и совместных открытий. Она получила письмо незадолго до рождественских каникул, которые намеревалась провести в отеле небольшого городка Кунгалв близ Гётеборга. Там навестил ее племянник Отто Роберт Фриш (1904—1979), тоже физик, эмигрировавший в Копенгаген и работавший в то время в институте Нильса Бора. Сообща они довольно быстро поняли, что Ган и Штрассман наблюдали развал ядра урана при захвате им нейтрона (чуть позже они по предложению биолога Уильяма Арнольда ввели общепринятый теперь термин деление ядра — по аналогии с делением клетки, точно так же, как за четверть века до них Резерфорд ввел понятие «ядро атома» по аналогии с ядром клетки). Но — самое главное — они тут же поняли, что при таком делении должна выделяться огромная энергия. После работ Астона было известно, что энергия связи на один нуклон в ядре урана равна 7,6 МэВ, а для ядер элементов, расположенных в середине таблицы Менделеева,— значительно больше — 8,5 МэВ. Чем больше энергия связи ядра, тем оно прочнее и тем больше его дефект массы, то есть разность между массой ядра и массой составляющих его нуклонов, и тем большая энергия выделяется при образовании ядра. Поэтому при делении ядра урана с атомным весом 235 должна освобождаться энергия

ΔΕ= (8,5-7,6) МэВ∙235≈200 МэВ,

то есть почти в пять раз больше, чем во всей цепочке радиоактивного распада — от урана до свинца. Теперь мы уже знаем, что это действительно огромная энергия, и можем понять волнение Фриша и Мейтнер, когда они впервые на клочке бумаги проделали этот простенький подсчет: из него следовало, что при делении ядер, заключенных в 1 г урана, выделяется энергия, равная 8·1010 Дж, то есть теплота, запасенная в 3 т угля.

По возвращении в Копенгаген Фриш успел рассказать все эти новости Нильсу Бору чуть ли не на пристани у трапа парохода, увозившего Бора на несколько месяцев в Америку, а сам немедленно принялся готовить эксперимент по проверке гипотезы о делении ядер урана. Во второй половине дня 13 января Фриш начал свой эксперимент, к 6 часам утра 14 января убедился в том, что гипотеза о делении ядер урана правильна, а 16 января он уже отослал в редакцию журнала «Nature» статью с изложением результатов экспериментов.

С этого момента события вошли в стремительный и крутой поворот, и счет времени идет не на годы и месяцы, а на недели и дни. Но это уже другая история, и, чтобы в полной мере понять смысл составляющих ее событий, нам необходимо предварительно усвоить несколько простых следствий основных принципов квантовой механики.

ВОКРУГ КВАНТА

Письма о делении

Поздно вечером в понедельник 19 декабря 1938 г., за два дня до отправки статьи в печать, Отто Ган пишет Лизе Мейтнер: «Весь день я и неутомимый Штрассман, при поддержке Либер и Бонне, работали с продуктами урана. Сейчас как раз 11 часов вечера; в четверть двенадцатого хотел вернуться Штрассман, так что я могу собираться домой. Что-то все-таки есть в этих «изотопах радия», причем такое редкое, что мы пока сообщаем только тебе... Они отделяются от всех элементов, кроме бария... Хотя еще нельзя исключить случайного стечения обстоятельств, мы все же все более приходим к ужасному заключению: наши изотопы радия ведут себя не как радий, а как барий... Я договорился со Штрассманом, что мы пока скажем это только тебе. Может быть, ты сможешь предложить какое-нибудь фантастическое объяснение. Мы, конечно, знаем, что не может произойти распад в барий, но хотим еще проверить, не имеет ли возникающий из «радия» изотоп актиния свойств лантана, а не актиния... Не верится, чтобы мы так долго заблуждались...»

21 декабря 1938 г., Мейтнер — Гану: «Ваши результаты с радием ошеломляют. Процесс, обусловленный медленными нейтронами и приводящий к барию!.. Признать такой необычный распад, мне кажется, пока очень трудно, но мы пережили в ядерной физике столько неожиданностей, что уже ни о чем нельзя сказать прямо: это невозможно...»

21 декабря 1938 г., Ган — Мейтнер: «Со вчерашнего дня мы суммируем наши доказательства о барии-радии... На их основе, как «химики», мы должны сделать заключение, что три хорошо изученных нами изотопа являются не радием, но, с точки зрения химика, барием... Актиний, возникающий из изотопов, вовсе не актиний, но, скорее всего, излучающий лантан!!»

22 декабря 1938 г. статья Гана и Штрассмана поступила в редакцию журнала. В ней они писали: «Кроме того, мы должны сказать о некоторых новых исследованиях, результаты которых из-за их странности мы сообщаем лишь с колебанием... Мы приходим к заключению: наши «изотопы радия» имеют свойства бария. Как химики, мы, собственно, должны сказать, что новое вещество — не радий, а барий; о других элементах не может быть и речи».

28 декабря 1938 г., Ган — Мейтнер: «Я хочу поскорее сообщить тебе еще кое-что о моих бариевых догадках: может, Отто-Роберт сейчас у тебя в Кунгалве и вы сможете обсудить это... Вот моя новая догадка: если бы было возможно урану-239 расщепиться на барий и мазурий, 138 + 101 дали бы 239!.. Возможно ли это энергетически? Я этого не знаю; я знаю только, что наш радий обладает свойствами бария...»

29 декабря 1938 г., Мейтнер — Гану: «Ваши результаты с радием-барием очень интересны. Отто-Роберт