возможность менять облик атомов искусственным образом.
Положительно заряженные частицы, входящие в состав всех ядер, Резерфорд стал называть протонами. Другие ученые хотели обозначить их термином «положительные электроны», но Резерфорд решительно воспротивился. Он отвечал, что протоны гораздо тяжелее электронов и вообще у них мало общего. Когда предсказание Дирака сбылось и все-таки был открыт настоящий положительно заряженный электрон, ему дали имя «позитрон». Позитроны стали первым известным представителем так называемой антиматерии, которая во всем похожа на обычную материю, но имеет заряд противоположного знака. Протоны, в свою очередь, являются неотъемлемой частью хорошо знакомой нам материи.
На помощь Резерфорду и его сотрудникам пришел новый детектор частиц - камера Вильсона. Она позволяла наблюдать следы от частиц (например, протонов), летящих от ядра-мишени. В то время как сцинтилляции и счетчики Гейгера давали только поток испускаемых частиц, камера Вильсона могла показать, как эти частицы движутся в пространстве, следовательно, помочь лучше понять их свойства.
Ее изобрел шотландский физик Чарлз Вильсон. Во время восхождения на гору Бен-Невис он заметил, что во влажном воздухе водяные капельки охотнее конденсируются в присутствии ионов, то есть заряженных частиц. Заряды притягивают молекулы, и те осаждаются из воздуха, оставляя в области, насыщенной электричеством, конденсационный след. Вильсон понял, что так можно регистрировать невидимые глазом частицы. Он взял камеру, заполнил ее холодным влажным воздухом и стал наблюдать цепочки сконденсировавшегося пара от пролетающих мимо заряженных частиц. Такой же след оставляют в небе реактивные самолеты. Эти треки, запечатленные на фото, дают кладезь ценной информации о ходе эксперимента.
Хотя первый опытный образец своей камеры Вильсон собрал еще в 1911 г., в ядерной физике их начали применять только с 1924 г. Именно тогда Патрик Блэкетт, аспирант из группы Резерфорда, задействовал этот прибор, чтобы зарегистрировать протоны от радиоактивного распада азота. Его данные находились в отличном согласии со сцинтилляционными экспериментами Резерфорда, предоставляя тем самым неопровержимое доказательство искусственного ядерного распада.
Ядро населяют не только протоны. В 1920 г. своим легендарным шестым чувством Резерфорд угадал, что помимо протонов ядро служит убежищем и для каких-то нейтральных частиц. Двадцать лет спустя ученик Резерфорда Джеймс Чэдвик нашел нейтрон - по массе такой же, как протон, но без заряда, а Гейзенберг вскоре после этого написал историческую статью «О структуре атомного ядра», где изложил принятую сейчас модель ядра, состоящего из протонов и нейтронов.
Эта картина способна объяснить различные виды радиоактивности. Альфа-распад происходит, когда ядро испускает одновременно два протона плюс два нейтрона - исключительно устойчивую комбинацию. Затем бета-распад имеет место, когда нейтрон порождает протон и электрон. Из этих самых электронов и состоит бета-излучение. Но на этом, как показал Паули, история не кончается: в распаде нейтрона куда-то исчезает некоторая доля импульса и энергии. Паули решил приписать их почти неуловимой частице, которая потом была обнаружена и названа нейтрино. Наконец, гамма-компонента возникает, когда ядро переходит из квантового состояния с высокой энергией в низкоэнергетичное состояние. Альфа и бета- распад меняют количество протонов и нейтронов в ядре, и образуется новый химический элемент, а гамма-лучи оставляют состав ядра неизменным.
Блестящие открытия и методы Резерфорда преподали нам урок: для того чтобы заглянуть в мир природы на маленьких расстояниях, надо обратиться к элементарным частицам. Их источником на заре ядерной физики служили фонтанирующие альфа-частицами радиоактивные вещества. Они как нельзя лучше подходили для экспериментов по рассеянию, из которых Гейгер и Марсден увидели, что в атоме есть миниатюрное ядро. Но уже Резерфорд понимал: без более энергичных инструментов нечего и думать, чтобы серьезней и глубже проникнуть в природу ядра. Для ядерной крепости понадобится особо крепкий таран, а точнее, тараны - частицы, разогнанные в искусственных условиях до феноменально высоких скоростей. Резерфорд не без оснований решил, что Кавендишская лаборатория сумеет построить ускоритель частиц, хотя для его воплощения, признавал ученый, потребуются определенные теоретические усилия. К счастью, одному ловкому молодому человеку удалось улизнуть из сталинской крепости и провезти с собой на Фри- Скул-Лейн багаж квантовых знаний.
Ударными темпами. Первые ускорители
Нам нужен прибор, который давал бы разность потенциалов в 10 миллионов вольт, потребляя при этом несколько киловатт мощности, и который бы без угрозы безопасности можно было поставить в помещении умеренных размеров. Нам, кроме того, нужна труба с откачанным воздухом, выдерживающая такое напряжение… Я не вижу препятствий, могущих помешать построить систему с перечисленными параметрами.
Эрнест Резерфорд. Речь на открытии Лаборатории высоких напряжений фирмы «Метрополитен- Виккерс».
Манчестер, Англия, 1930 г.
Народный комиссариат просвещения РСФСР дает Георгию Гамову (1904-1968), одному из лучших советских физиков, долгожданное одобрение на годичную командировку в Кавендишскую лабораторию. Из- за досадной врачебной ошибки оно чуть не обернулось отказом. Во время решающего медобследования врач нечаянно перепутал цифры в кровяном давлении и констатировал у Гамова заболевание сердца. Но недоразумение разрешилось, и путь был открыт. Затраты на дорогу и пребывание Гамову великодушно предложил оплатить Фонд Рокфеллера. Стипендия из средств, вырученных от продажи нефти, не совсем вписывалась в революционную идеологию Ленина, однако тогда Советы воспринимали готовность лучшей в мире лаборатории ядерных исследований принять к себе одного из достойных сынов родины как победу советской системы образования.
История ускорителей только выиграла от того, что Гамов приехал в Англию. Благодаря его теоретическим находкам стало намного понятней, как разломить ядро, а Кавендишская лаборатория в погоне за мощными атомными дробилками выбилась в первые ряды. Исследования Гамова и безупречные экспериментальные работы его коллег на некоторое время превратили Кавендиш в ведущий мировой центр ядерной физики.
Гамов, получивший образование в Ленинграде, прибыл в Кембридж в сентябре 1928 г. и сразу же поселился в пансионе. Навестивший его в скором времени приятель не смог сдержать удивления: «Гамов! Как тебя угораздило сюда поселиться?» - после чего указал озадаченному Гамову на надпись на здании. По чистой случайности дом назывался Кремлем.
Через несколько недель после приезда Гамов ощутил на себе всю силу темперамента, которым славился директор лаборатории. Как-то раз Резерфорд, ничего не объясняя, вызвал Гамова к себе в кабинет. С побагровевшим лицом он стал кричать что-то насчет письма, которое только что получил из Советского Союза. «Какого черта они пишут?» - взревел он и бросил письмо Гамову.
Гамов пробежал его глазами. Составленное на ломаном английском, в русском переводе оно звучало бы примерно так:
После того как Гамов растолковал, что по-русски «nucleus»[16] и «cannonball»[17] обозначаются одним и тем же словом и, скорее всего, письмо просто-напросто неправильно перевели, Резерфорд успокоился и от души посмеялся.25
Первое, чем Гамов обзавелся в Кембридже, были инструменты, идеально подходящие для того, чтобы,
