Атомы у нас дома - Лаура Ферми

С самого начала не могло быть никаких сомнений в том, что работа Ферми о статистической механике частиц, подчиняющихся принципу Паули, в которой были заложены основы так называемой статистики Ферми — Дирака, явилась крупнейшим этапом в развитии теоретической физики в целом. Но некоторое время она трактовалась преимущественно как ключ к пониманию свойств и истолкованию поведения электронов в металлах. Сейчас происходит интенсивное расширение сферы ее приложении.

В отдельных случаях можно было бы ограничиться указанием на такой характерный признак важности того места, которое завоевали достижения блестяще отточенной мысли Ферми в выяснении сложнейшей картины взаимосвязи материи и энергии в процессах ядерных преобразований, как введение им в научный обиход широкого круга новых фундаментальных понятий. Память об этом сохранилась в ряде новых научных терминов, которые носят его имя. Но даже в самом беглом очерке нельзя отделаться кратким упоминанием о знаменательных событиях, связанных с освобождением могучих сил, заключенных в атомном ядре. Лауре Ферми удалось запечатлеть героические черты этого времени. Мы обязаны напомнить читателям другую сторону медали: его величайший трагизм. Почему об этом умалчивает автор книги «Атомы у нас дома»? На это есть свои причины, и далее мы их коснемся.

Открытие искусственной радиоактивности, совершившееся в 1933 году, возбудило все умы, но в то время еще никем не рассматривалось как первый решающий шаг к овладению таинственной энергией, выделявшейся в той или иной форме при ядерных превращениях: либо в виде кинетической энергии разлетающихся частиц, либо в виде жесткого гамма-излучения. Фредерик и Ирэн Жолио-Кюри, которые вписали эту славную страницу в историю науки, отнюдь не собирались довольствоваться той радостью, которая выпала на их долю с немедленным всеобщим признанием выдающегося значения их открытия. Они продолжали напряженно работать, непрерывно умножая число неведомых ранее радиоактивных изотопов. В эту новую брешь, образованную в бастионах природы, устремились десятки исследователей. На первый план выдвинулась забота о том, чтобы повысить действенность доступных по тому времени экспериментаторам орудий «ядерной артиллерии», применяемых для преобразования атомных ядер. Новый могучий стимул получила техника ускорителей. Расширение круга ядерных реакций, ставших достоянием прямого эксперимента, неизбежно должно было привести к обнаружению среди продуктов этих реакции своеобразных парадоксальных частиц вещества, обладающих массой, но лишенных электрического заряда. И это открытие не замедлило появиться. В работах Фредерика Жолио-Кюри и английского физика Дж. Чэдвика нейтрон был выслежен, подобно уэллсовскому «невидимке», по его поступкам, а вскоре из объекта изумленного и восторженного наблюдения превратился в могучее орудие исследования атомного ядра.

В самом деле, для этой нейтральной частицы, лишенной заряда, оказывались недействительными все те могучие электрические заграждения, известные в физике под названием кулоновских сил отталкивания, которыми, как неприступной броней, защищено атомное ядро. На преодоление этой преграды и тратилась в основном та огромная энергия, которую нужно было сообщить «бомбардирующим» частицам, чтобы они могли настичь сгусток материи, заключенный в компактной упаковке самого ядра, и вступить с ним во взаимодействие. Исходное свойство нейтрона, от которого произошло само его название, позволило открывать эти электрические запоры атома без малейших усилий. Ферми, в котором, когда это было необходимо, просыпалась способность первоклассного экспериментатора, своей гениальной интуицией одним из первых оценил все возможности расширения списка ядерных превращений при помощи такого простого и доступного средства, как нейтронное облучение.

Ферми со свойственной ему неукротимой энергией и увлечением отдался новой области исследования. В маленькой римской лаборатории забил родник новых идей, заключений, открытий. Результаты систематической атаки, которую предпринял Ферми, бомбардируя нейтронами почти все существующие элементы периодической системы, поражали воображение не только своим многообразием, но и глубиной истолкования. Как уже упоминалось, Ферми с сотрудниками обнаружил фундаментальный факт замедления нейтронов; он установил большую вероятность захвата нейтронов ядрами элементов средней группы. Краткие сообщения об этих и многих других попутных открытиях превратили никому не ведомый итальянский научный журнальчик, в котором они систематически появлялись, в одно из наиболее популярных международных изданий. Оригинальность этих работ была столь несомненна и значение столь велико, что уже через три года та их часть, которая была посвящена исследованию свойств нейтронов и их взаимодействий с ядрами атомов, принесла Энрико Ферми звание лауреата Нобелевской премии. Дальнейшее нарастание событий в области физики атома уже невозможно отделить от накалившейся политической атмосферы. Опыты самого Ферми (он достаточно прямо выразил свою антипатию к фашизму, перенеся их из Италии в Соединенные Штаты) и работы Ирэн Жолио-Кюри, исследовавшей продукты облучения урана медленными нейтронами, обнаружили следы реакции нового, ранее неизвестного типа, во всяком случае, не той, какую ожидал Ферми. Пытаясь создать нейтронную «перегрузку» ядра урана, он надеялся получить «заурановые» элементы. Но основными продуктами реакции оказались изотопы среднего веса — барий, лантан, теллур и другие. Откуда они взялись?

Задача была поставлена, и было совсем не безразличным, что ее разгадка пришла из Германии. Выдающийся датский физик Нильс Бор привез в Соединенные Штаты сведения о работах немецких радиохимиков Гана и Штрассмана, которые уже с полной несомненностью установили факт деления урана на два тяжелых «осколка» с одновременным — как это доказал, следуя за ними, Ферми — испусканием двух или трех нейтронов, то есть новым появлением тех самых частиц, которые вызвали первый акт превращения, да еще к тому же в возросшем количестве. Большим счастьем для человечества было то, что сотрудники Имперского института физических исследований не сразу оценили значение сделанного ими открытия и что оно немедленно получило заслуженную оценку за пределами фашистской Германии. Перспектива освобождения внутриядерной энергии в результате цепной реакции деления урана была обоснована в работах советских физиков Зельдовича и Харитона. Она же захватила умы и сердца физиков, бежавших от фашистского режима и группировавшихся вокруг Ферми в Америке. Да не только умы, но и сердца!