Люди и атомы - Уильям Лоуренс

Беда была в том, что Кюри и Савич действительно «очень запутались», но совсем не так, как думал Ган. Вскоре сам Ган обнаружил, что таинственный элемент X, открытый Ирен Жолио-Кюри, был в действительности не чем иным, как лантаном с атомным весом, равным половине атомного веса урана. Кюри открыла урановый распад, но не смогла понять этого.

Второй раз за шесть лет Ирен Жолио-Кюри упустила возможность сделать открытие, за которое другой, а именно Отто Ган, получил Нобелевскую премию. Если бы ей немного повезло, она стала бы единственным ученым как среди мужчин, так и среди женщин, получившим три Нобелевские премии, и таким образом, превзошла бы свою мать.

Второе разочарование Ирен Жолио-Кюри явилось результатом злополучной ошибки. Еще в ранних экспериментах она наблюдала, что когда обычный лантан вводился в раствор, содержавший элемент X, то этот элемент осаждался вместе с лантаном. Это означало, что химические свойства элемента X были сходными со свойствами лантана, но отсюда, конечно, не следовало, что оба элемента тождественны.

Чтобы установить, идентичны два элемента или нет, применяют химические методы, с помощью которых определяют возможность их разделения. Идентичные элементы, конечно, нельзя разделить, потому что они совершенно одинаково реагируют на химическое воздействие. Поэтому, когда имеется смесь двух элементов, где один известен, а другой нет, невозможность разделения их каким-либо химическим путем является прямым доказательством идентичности этих двух элементов. С другой стороны, если установлено, что они могут быть разделены,— это явное доказательство их неидентичности.

Это как раз и хотела сделать Ирен Жолио-Кюри, стараясь определить, является ли элемент X радиоактивным видом (изотопом) лантана или нет, но по странному стечению обстоятельств пришла к неправильному выводу. Она считала, и об этом сообщала, что ей удалось отделить радиоэлемент X от лантана. Однако через несколько месяцев Ган доказал, что эти два элемента идентичны, и поэтому их никак нельзя разделить. Таким образом, она действительно «очень запуталась», придя в конце концов к заключению, что элемент X не является лантаном.

Ее неудача объяснялась главным образом присутствием в исследуемом ею растворе примеси с химическими свойствами, сходными со свойствами лантана. Именно эта примесь и была отделена от элемента X и лантана, в то время как лантан остался прочно связанным с элементом X. Но, к сожалению, Ирен Жолио-Кюри приняла примесь за лантан. Итак, то, что она не прочитала доклад Резерфорда, стоило ей потери Нобелевской премии в области физики, а ее неспособность обнаружить наличие примеси лишила ее третьей Нобелевской премии, которую ей присудили бы за открытие уранового распада.

До последних дней (она умерла в 1956 г.) Ирен Жолио-Кюри особенно огорчало то, что метод, примененный для отделения лантана от элемента X, был разработан ее матерью.

Эта примесь сыграла огромную роль в мировой истории. Не будь ее, открытие уранового распада произошло бы в мае 1938 г., а не в декабре. А это значит, что атомная бомба была бы готова уже в феврале, а не в августе 1945 г. и, таким образом, вторая мировая война могла бы окончиться на шесть месяцев, а может быть, и на год раньше.

Так эта небольшая примесь изменила ход истории.

ГЛАВА 4

Открытие деления

Отто Ган и Фриц Штрассман стали охотиться за неуловимым элементом Ирен Жолио-Кюри, который как бы маскировался то под лантан, то под тяжелый элемент актиний. Однако при более внимательном изучении оказалось, как обнаружила Ирен Жолио-Кюри, что это не лантан и не актиний, а совершенно другой элемент, расположенный в периодической системе за ураном.

Оба ученых так и не нашли «трансурановый» элемент Ирен Жолио-Кюри, похожий на лантан. Вместо этого они обнаружили три не виданных до сих пор вещества, которые, как их убедили опыты, являлись тремя новыми видами радия. До этого не было известно, что уран, 92-й элемент, превращается в какую-либо разновидность радия, 88-й элемент, и это было само по себе уже знаменательным событием. Но и оно померкло перед удивительным открытием, которое последовало затем.

Ган и Штрассман, при всем их неверии, тщательно изучали один из трех элементов, который сначала принимали за новый изотоп радия. Их исследования показали, что это новый радиоактивный изотоп бария, 56-го элемента, с атомным весом, немногим больше половины веса урана.

И если созерцание невозможного, которое происходило перед их недоверчивым взором, не было само по себе неожиданностью, то появление в химическом «вареве» другого вещества казалось просто невероятным: вторым из трех новых разновидностей мнимого радия оказался радиоактивный изотоп лантана — 57-го элемента, соседа бария по периодической таблице элементов! Действительно, это был тот самый лантан, который впервые увидела Ирен Жолио-Кюри, когда наличие примеси привело ее к выводу, что это не лантан.

«Возможно ли это?»,— спрашивали они друг друга. Это было подобно тому, как если бы они положили в инкубатор страусиное яйцо, а вылупились бы цыпленок и голубь.

Сначала ученые не поверили своим глазам и были убеждены, что допустили какую-то ошибку, хотя их эксперименты отличались скрупулезной точностью. Однако когда они попытались обнаружить эту ошибку, то не смогли найти ни одного слабого звена в цепи своих доказательств. Тогда ученые провели целую серию хитроумных и тонких экспериментов, но каждый опыт давал все новые и новые убедительные доказательства того, что эти элементы действительно являются радиоактивными изотопами бария и лантана. Положение еще более усугубилось, когда у них появились серьезные основания считать третий из элементов новым радиоактивным изотопом церия, 58-го элемента.

Сомнений в этом быть не могло: химические исследования подтверждали, что бомбардировка урана нейтронами очень малой энергии (около одной четвертой электронвольта) приводила к образованию трех радиоактивных видов легких элементов — бария, лантана и церия, соответственно 56, 57 и 58-го элементов.

Откуда могли появиться эти три легких элемента? Ничто никогда не возникает из ничего, поэтому было ясно, что единственным источником этих элементов был атом урана. Это означало, что нейтрон расщепил ядро тяжелого атома урана на три почти равные части — барий, лантан и церий, каждый из которых являлся одним из осколков ядра урана.

Так оно и было в действительности, как об этом через несколько недель узнал изумленный мир. Но Ган и Штрассман были химиками и хорошо знали, что в соответствии с общепринятыми концепциями физики расщепление атома урана было невероятным. Для них, химиков, было слишком большой самоуверенностью бросать вызов таким прославленным именам в области физики, как Эйнштейн, Планк, Бор и Ферми. Как через несколько лет сказал мне Ган, «физики бы этого не позволили».

Однако как химики они были уверены, что радиоактивные изотопы бария, лантана и церия, безусловно, созданы в результате бомбардировки урана нейтронами, хотя их истинная природа все еще оставалась неясной для физиков. Как бы то ни было, Ган и Штрассман сознавали, что сделали великое открытие, которое должно проложить путь к новым областям знаний. И они отдавали себе отчет в том, что соревнуются со своим старым соперником — Ирен Жолио-Кюри, которая в любую минуту может понять свою ошибку и объявить всему миру, что она получила лантан из урана и, возможно, расщепила атом урана.

Поэтому, даже не закончив полностью свои опыты, Ган и Штрассман подготовили детальный научный доклад о проведенных ими эпохальных опытах, проявляя при этом большую осторожность, чтобы не наступить на пятки своим коллегам-физикам. Описав свое открытие, ученые сделали заключение, которое являлось одним из самых странных в анналах истории науки, что они лишь сообщают результаты своих наблюдений, но отказываются делать из них какие-либо выводы.

В сущности, Ган и Штрассман заявили, что как химики они могут лишь сообщить, что три элемента, которые ранее принимали за радий, на деле являются барием, лантаном и церием.

Однако добавили, проявляя тем самым пример интеллектуальной осторожности, что «как ядерные химики, тесно примыкающие к физикам», они не могут заставить себя «совершить этот скачок, столь противоречащий всем явлениям, до сих пор наблюдавшимся в ядерной физике».

«В конце концов,— заключали ученые,— возможно, что редкое стечение случайностей привело нас к ошибочным наблюдениям».

Оградив себя, таким образом, от любой насмешки со стороны ядерщиков, они все же решили поспешить с утверждением своего приоритета на открытие. Поэтому 22 декабря 1938 г. Ган и Штрассман направили свой исторический доклад в немецкий научный еженедельник «Ди Натюрвиссеншафтен».

Чтобы убедиться в том, что доклад будет напечатан в самом скором времени, Ган позвонил директору издательства, доктору Паулю Розбауду, своему личному другу. Доктор заверил его, что статья появится в выпуске от 6 января 1939 г. Этот срок был значительно короче срока, обычного для научных публикаций, но для Гана он показался бесконечным. Ведь за эти две недели Ирен Жолио-Кюри в любой день могла перехватить великий приз из его рук!