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 свсйствами бария...»
29 декабря 1938 г., Мейтнер — Гану: «Ваши результаты с радием — барием очень интересны. Отто-Роберт и я уже сломали себе головы».
1 января 1939 г., Мейтнер — Гану, после прочтения рукописи статьи Гана и Штрассмана: «Может быть, это энергетически и возможно расщепиться тяжелому ядру».
3 января 1939 г., Мейтнер — Гану: «Теперь я почти убеждена, открыли распад в барий, и считаю это действительно прекрасным результатом, с которым сердечно поздравляю тебя и Штрассмана...»
5 января 1939 г., Ган — Мейтнер: «Сегодня я больше не уверен, даже снова боюсь за барий; не радий ли это все-таки? Никак не могу поверить в это».
6 января 1939 г. вышел номер журнала «Naturwissen-schaften» со статьей Гана и Штрассмана «О доказательстве существования и свойствах щелочноземельных металлов, возникающих при облучении урана нейтронами».
10 января 1939 г., Фриш — Гану: «Я накопил уже столько аргументов против трансуранов, что мне трудно согласиться с их оживлением».
16 января 1939 г. в редакцию журнала «Nature» направлены две статьи: «Физическое доказательство деления тяжелых ядер при бомбардировке их нейтронами» Отто Фриша и «Расщепление урана нейтронами: новый тип ядер-ной реакции» Мейтнер и Фриша.
22 января 1939 г., Ган — Мейтнер (после получения рукописей статей Фриша и Мейтнер): «...выходит, все наши трудоемкие опыты после убедительного опыта Отто-Роберта не нужны...»
25 января 1939 г., Мейтнер — Гану: «Вовсе не «нужны», без вашего прекрасного результата о барии вместо радия мы никогда бы не пришли к этому...»
26 января 1939 г., Мейтнер — Гану: «Все сделанное вами в последнее время мне представляется фантастическим. Добрая половина периодической системы встречается среди этих осколков урана...»
Упорное нежелание Гана признать неоспоримые факты, полученные им самим же, кроме объективной сложности явления деления, имело еще и психологические основания. 260
Прежде всего, было нелегко признаться самому себе, что трехлетний напряженный труд по поиску трансурановых элементов (круглосуточное — в три смены — дежурство у счетчиков) оказался напрасным. Кроме того, признавая это публично, он невольно ставил в ложное положение Лизе Мейтнер, поскольку опровергал результаты их совместных работ, но уже без нее. И, наконец, непросто было признать и частичную правоту Ирэн Жолио-Кюри с ее «лантаноподобным веществом», которое в Берлине называли не иначе, как «кюрьозий». И все же научная честность и профессиональная добросовестность победили...
ГЛАВА 15
Книга, написанная иероглифами, вызывает у большинства людей лишь поверхностный интерес или легкое недоумение: неужели без них нельзя обойтись? И почему японцы (или китайцы) до сих пор не перешли на буквенное письмо? Однако для специалиста-востоковеда, а тем более для жителей Японии и Китая иероглифы — это не просто средство передачи информации, они хранители истории и культуры народа. В них непостижимым образом уместились не только понятия, им соответствующие, но также история их возникновения и даже отношение к ним людей: бывают «плохие» и «счастливые» иероглифы, и существуют целые картины, состоящие из одного-единственного иероглифа. Понятно, что словами содержание такой картины можно пересказать лишь приблизительно.
Природу «атомного огня» удается объяснить только на языке квантовых понятий. Чтобы однозначно закрепить их смысл, изобретена система символов, которые чем-то сродни иероглифам. Несколько таких иероглифов мы уже знаем. Например, при виде символа волновой функции ф у нас в сознании возникает целая совокупность образов и ассоциаций: от бесформенной волны-частицы до строгих рядов формул, ее представляющих. Теперь нам предстоит усвоить еще по крайней мере три «квантовых иероглифа»: туннельный эффект, сечение реакции, квантовый резонанс. Без них дальнейшее изложение если и не лишено интереса, то в значительной мере бесполезно.
ТУННЕЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ
Явление радиоактивности открыл Анри Беккерель в 1896 г. Шесть лет спустя, в 1902 г., Резерфорд и Содди объяснили его суть: самопроизвольный распад ядер, при котором выделяется огромная энергия. Об истинном источнике этой энергии стали догадываться в 1913 г., но лишь десять лет спустя, после работ Астона, гипотеза о внутриядерном происхождении энергии вылетающих а-частиц была надежно доказана. К этому времени Резерфорд осуществил искусственную трансмутацию элементов, и все постепенно привыкли к мысли, что ядро, так же как и атом, имеет сложное строение. И хотя о внутренней структуре ядра знали по-прежнему мало, никто не сомневался в том, что а-частицы вылетают из ядер. Однако это знание, или, точнее, убеждение, мало что проясняло. По-прежнему оставалось непонятным:
Почему а-частицы вылетают из ядра? (Ведь они там так прочно связаны!)
Чем объяснить моноэнергетичность вылетающих а-частиц?
От чего зависят периоды полураспада ядер и почему они столь различны?
Чем определяется время и место распада ядер?
В 1928 г., через 3 года после создания квантовой механики и через 32 года после открытия явления радиоактивности, на эти вопросы ответили почти одновременно русский физик Георгий Антонович Гамов (1904—1968) и американские ученые Рональд Уилфрид Герни (1899—1953) и Эдвард Кондон (1902—1974). Их идея отличалась простотой и смелостью: они предположили, что движение а-частицы в ядре, подобно движению электронов в атоме, подчиняется уравнению Шрёдингера
Многое в этом уравнении нам уже знакомо: И — это постоянная Планка, деленная на 2л, т — масса а-частицы, Е — ее энергия, ф = ф(х) —волновая функция, описывающая движение а-частицы в потенциальном поле V (х) на расстоянии х от центра ядра. Надо честно признаться, что и сегодня, несмотря на все успехи ядерной физики, истинная природа ядерных сил, а потому и точная форма потенциала V(x) неизвестна. Мы знаем только, что ядерные силы — притягивающие, короткодействующие и очень мощные: они в десятки раз превышают силы кулоновского отталкивания между а-частицей и ядром, однако простираются лишь на расстояния 10~13—10“12 см, то есть в десятки и сотни тысяч раз меньшие, чем размеры атомов.
Общий вид потенциала Г(х) изображен на рисунке. Вне ядра а-частица отталкивается кулоновским полем V(х) = = 2Ze2/x ядра Z. На границе ядра, при х = го, отталкивание
циал V(х): не правда ли, это
сменяется притяжением, а-частицы движутся в узкой и глубокой потенциальной яме и от внешнего мира отделены потенциальным барьером. Оказалось, что даже этих знаний о потенциале У(х) достаточно, чтобы понять основные закономерности а-распада ядер.
Взгляните еще раз на рисунок, изображающий потен-<оже на вулкан в разрезе? Да и само явление радиоактивности чем-то сродни извержению вулкана: а-частицы внутри ядра можно уподобить магме, которая кипит в жерле вулкана и выплескивается из него наружу в моменты извержений. Однако в отличие от магмы а-частицы подчиняются квантовым законам, и потому их энергия Е «квантована», то есть может принимать лишь дискретный набор значений Е\, Еъ, ..., Еп. Поэтому в жерле «квантового вулкана» они могут находиться лишь на определенной высоте. Если а-частица движется ниже линии горизонта (Ел<0), то самопроизвольное испускание а-частиц невозможно, ядро стабильно, вулкан потух. Если же EnZ> О, то есть энергия а-частицы превышает энергию ядра, из которого удалена а-частица, то а-распад энергетически выгоден и, как мы сейчас увидим, неизбежен.
