За свои исследования с нейтронами Бруно получил грант от Министерства образования для проведения исследований за рубежом и 29 февраля 1936 г. приехал в Париж для работы в Институте Радия. Он остановился в уютном отеле на площади Пантеона с симпатичным названием Des Grand Hommes[7]. Этот отель был знаменит тем, что в нем Андре Бретон и Филипп Супо в 1919 г. обнародовали манифест сюрреалистов с интересным названием «Магнитные поля».
Институт Радия, в котором предстояло работать Бруно, располагался совсем рядом с отелем. Руководили им Фредерик Жолио и его жена Ирен Кюри. Знакомство с Жолио сыграло очень большую роль в жизни Бруно. Он считал Жолио своим вторым учителем, после Ферми. В архиве Бруно сохранился текст его выступления, посвященного 75-летию Жолио-Кюри. Он выделяет два качества Жолио как ученого:
“… могучая научная фантазия и, как говорят итальянцы, spreguidicatezza (непредвзятость) способность признавать возможным даже самый невероятный и странный факт. Именно благодаря этим качествам Фредерику Жолио в сотрудничестве с Ирен Кюри, критический ум которой иногда служил здоровым антиподом энтузиазму мужа, удалось открыть явление искусственной радиоактивности (отмеченное Нобелевской премией), несмотря на то, что в их распоряжении имелись менее значительные экспериментальные средства, чем те, которыми располагали ученые Америки и Англии. Можно даже сказать, что в Америке и Англии явление искусственной радиоактивности наверняка наблюдалось, но не было открыто из-за отсутствия этой способности, которой обладал Жолио, – считать возможным самое невероятное [21].
Я думаю, что Бруно не случайно выделяет эту важную особенность физика-экспериментатора: непредвзятость, умение считать возможным самое невероятное. И, как следствие, с уважением и вниманием относиться к любым экспериментальным результатам. Особенно если они не сходятся с твоими ожиданиями. История с зависимостью результата от стола, на котором проводились измерения, стала хорошим уроком для молодого ученого. Нобелевское открытие было сделано именно благодаря внимательному отношению и желанию разобраться в любых мелочах поведения установки. Общение с Жолио закрепило эту практику. В дальнейшем мы увидим много проявлений этого качества Бруно. И в истории с первым нейтринным экспериментом в СССР, и в ситуации с реакциями Понтекорво.
Что касается человеческих качеств, то Бруно отмечает:
“ Одной из самых замечательных черт Жолио был какой-то изумительный дар поднимать дух каждого, кто обращался к нему: даже самые обескураженные неудачами сотрудники после разговора с Жолио уходили от него уверенными и полными надежд. Жолио завоевывал сердце всех, кто работал с ним. Как-то я заболел оттого, что вдохнул пары ртути во время одного из опытов, проводимых в лаборатории. Жолио добился того, чтобы меня лечили в знаменитом институте Пастера, куда не так легко попасть [21].
Жолио любил спорт, горные лыжи, рыбную ловлю, парусные гонки. Играл в теннис. «Играл он хорошо – на уровне примерно советских игроков первого разряда. Надо сказать, что и к этому виду спорта он относился весьма ревниво, и ему совсем не нравилось проигрывать…» [21]. Бруно тактично умалчивает, кому проигрывал Жолио.
Рис. 4–1. Отель Des Grand Hommes (фото автора).
В 1990 году Бруно дал интервью итальянскому историку науки Р. Вергара Каффарелли, в котором он сравнивает Жолио-Кюри с Ферми [22]: «Жолио-Кюри сильно отличался от Ферми – но не пишите об этом – как физик, он был значительно слабее, но это был человек, который заражал энтузиазмом молодежь, чем Ферми особо не занимался».
В этой маленькой ремарке: «но не пишите об этом» тоже отражается характер Бруно. Он был исключительно тактичным и (почти забытое сейчас слово) благородным человеком. Однако Каффарелли все равно привел эту характеристику Жолио в полном объеме.
5. Изомерия
После того, как в 1935 г. Жолио получил Нобелевскую премию по химии, он открыл кафедру ядерной химии в Коллеж де Франс. В новую лабораторию он набрал сотрудников из разных стран, включая австрийца Ханса фон Халбана, русского Льва (Лео) Коварского, а также французов Пьера Оже и Бертрана Голдшмидта. Эти коллеги Бруно в будущем сыграют большую роль в его жизни. С началом Второй мировой войны они разлучатся, судьба сведет их вместе через несколько лет по другую сторону Атлантического океана, в Канаде. Однако в 1936 г. они работают в одной лаборатории, но над разными проблемами: группа Жолио интенсивно занимается экспериментами для создания атомной бомбы, а Бруно получает от Жолио тему по ядерной изомерии – чисто фундаментальную задачу ядерной физики. Впоследствии Бруно не раз говорил журналистам, что он никогда не работал над атомной бомбой: ни на Западе, ни на Востоке, ни в Китае. И во Франции он, действительно, не занимался этой проблематикой. Это делали его коллеги.
Изомерия – интересное свойство ядра, когда у ядер с одинаковой массой и одинаковым зарядом обнаруживаются различные характеристики – например, разные периоды радиоактивного распада. Интересно, что один из первых изомеров был открыт группой И. В. Курчатова в Ленинграде в 1935 г. Курчатов, вслед за Жолио-Кюри и Ферми, изучал искусственную радиоактивность, наводимую нейтронами в разных веществах. Странную картину ленинградская группа увидела после облучении брома – в спектре электронов от бета-распада оказалось три компоненты с периодами 4.4 часа, 18 мин и 36 часов. У брома известны были только два стабильных изотопа с атомным номером 79 и 81. Откуда могло возникнуть третье состояние? После ряда контрольных опытов пришли к выводу, что активности 4.4 часа и 18 минут относятся к ядру брома-80. Но почему ядра с одинаковым набором протонов и нейтронов ведут себя по-разному – это оставалось загадкой.
Для объяснения феномена изомерии в 1936 г. К. Вайцзекер предположил, что ядра-изомеры образуются в разных энергетических состояниях: одно – в основном, а другое – в возбужденном. Если угловые моменты основного и возбужденного состояния сильно отличаются, то переход из возбужденного состояния в основное путем излучения γ-квантов оказывается сильно подавленным. Поэтому радиоактивный бета-распад происходит либо из основного состояния с одной вероятностью, либо из возбужденного состояния – с другой вероятностью. Поэтому мы видим два различных времени полураспада. Для подтверждения этой гипотезы не хватало одного: надо было бы напрямую обнаружить переходы из возбужденного состояния в основное. То есть увидеть γ-кванты с фиксированной энергией перехода. Основная трудность состояла в том, что вероятность таких переходов была достаточно мала.
Как бы стал решать эту задачу среднестатистический экспериментатор? Вероятность гамма-перехода мала – значит, надо взять больше гамма-детекторов, увеличить время набора статистики и т. д. Бруно же решил эту задачу парадоксально – не надо смотреть за гамма-квантами! Надо искать электроны внутренней конверсии.
Он предположил, что при сравнительно малых энергиях перехода вероятнее будет не испускание γ-кванта, а передача энергии перехода электрону атомной оболочки – так называемая внутренняя конверсия. 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 [23].
Для экспериментальной проверки этой гипотезы Бруно выбрал изотоп родия 104Rh. Причина, как писал Бруно [24], 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 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 предположение Бруно.
