Даниил Данин - Резерфорд

• Название: Резерфорд
• Автор: Даниил Данин
• Издательство: Молодая гвардия
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 1966

Книга Д.Данина посвящена величайшему физику-экспериментатору двадцатого столетия Эрнесту Резерфорду (1871–1937).

---

Такой результат ясно показывает, что атомы вещества должны быть средоточием очень интенсивных электрических полей; этот вывод гармонирует с электрической теорией материи.

Вот какую важную информацию принесло первое же количественное исследование рассеяния альфа-частиц. Так резонно ли предполагать, будто годом позже, в Манчестере, он потому поставил эту проблему на седьмое место, что не догадывался об ее первостепенном значении?

Едва ли Фезер прав, что Резерфорд записывал темы в совершенно случайном порядке. Отчего одно всплывает в памяти раньше другого? Тут сказываются какие-то неявные повелевающие стимулы… В тот день и в тот час Резерфорд был прежде всего шефом лаборатории — распорядителем работ. И, составляя перечень возможных исследований, он думал не столько об их относительной важности, сколько о своих мальчиках, еще мало ему знакомых, но уже доверившихся его власти. Он примерял проблемы к их прежним интересам и лабораторным репутациям. «Что увлечет Ретцеля из Лейпцига? Пожалуй, вот это… А что будет перспективней всего для японца Киношиты? Пожалуй, эманация актиния… А для Брилля, когда он переберется сюда от Рамзая?.. А для Маковера?.. А для Ройдса?..» Словом, он составлял свой перечень проблем, менее всего размышляя о будущей истории физики. И потому «Рассеяние» попало на седьмое место. И потому совсем не случайно другая первостепенная тема, в тот момент наиважнейшая для него, — «Число альфа-частиц, испускаемых радием», — очутилась лишь в самом конце списка — под пунктом 21.

Он оставлял ее за собой — оттого она и очутилась в конце.

А кого он возьмет себе в помощники? Естественно было предложить эту роль ассистенту прежнего шефа. Такое решение было и достаточно надежным — ассистентом у Шустера не мог быть слабый физик и дурной человек.

Итак, всего лишь продолжался его альфа-роман.

6

27 января 1908 года Резерфорд написал Отто Хану длинное деловое письмо. Там были строки:

Я забыл, рассказывал ли вам, что мы научились детектировать единичную альфа-частицу электрическим методом…

Я работаю с д-ром Гейгером — одним из Ваших соотечественников… Он превосходный экспериментатор, и это большая подмога для меня… Вы-то сумеете по достоинству оценить важность счета альфа-частиц.

Сомнительно звучит начало этого дружеского сообщения — «я забыл…»! Вообразите письмо Наполеона: «Я забыл, рассказывал ли вам, что выиграл битву при Риволи…» Это отдает наигранной небрежностью победителя, для которого очередная победа — зауряднейшее происшествие. Но верно и другое: в обширной своей переписке Резерфорд привык так щедро оповещать коллег об осенивших его замыслах и лабораторных свершениях, что мог и вправду забыть, кому о чем успел уже рассказать.

В те же дни он известил о первом своем манчестерском успехе и профессора Ива, оставшегося в Монреале его преемником. Между тем в Физикс-билдинге еще хорошо помнили, как негодовал их недавний шеф на безуспешность всех своих тамошних попыток засечь отдельную альфа-частицу именно электрическим методом. Помнили, как он придумал остроумную уловку, чтобы пропускать частицы в ионизационную камеру не толпой, а гуськом — поодиночке: повесил на пути альфа-потока качающийся маятник с крошечным отверстием посредине. Удачливая частица, успевшая проскочить сквозь это отверстие, должна была вызывать ионизацию газа в камере. Скачок стрелки электрометра показывал бы, что частица сделала свое дело. Может быть, затея с маятником была и удачна, но убедиться в этом он не смог: ионизационный эффект от одной частицы оказался в обычной камере столь ничтожным, что зарегистрировать его не удалось… Теперь, получив письмо из Манчестера, Ив ломал голову, пытаясь догадаться, какое же решение сумел найти Резерфорд вместе с никому еще не ведомым д-ром Гейгером. Зная Резерфорда, он был только уверен, что найдено нечто совсем простое.

А Отто Хану не нужно было мучиться догадками. Возможно, оттого, что был он химиком, Резерфорд постарался в двух словах объяснить ему физическую суть найденного метода:

Метод состоит в том, чтобы через маленькое отверстие, закрытое тонкой слюдой, выстреливать альфа-частицей в цилиндр длиною около 60 сантиметров, в котором воздух находится при давлении примерно в 30 сантиметров. Там по центру протянута тонкая проволока и приложено напряжение приблизительно в 1000 вольт, готовое вот-вот вызвать разряд. При таких условиях ионизация, производимая в газе одной альфа-частицей, возрастает благодаря столкновениям ионов в 2000 раз.

Ив не обманулся. Придуманное отличалось обычной резерфордовской простотой.

Когда-то, в дни докторантуры у Томсона, Таунсенд открыл, что ионы, порожденные в газе внешним облучением, сами могут, в свой черед, ионизировать встречные молекулы. Надо только снабдить их достаточной энергией и помешать все новым и новым ионам вновь воссоединяться, нейтрализуя друг друга. Тогда ионизация пойдет нарастать лавиной. В принципе для этого довольно создать в ионизационной камере сильное электрическое поле. В этом и состоял замысел Резерфорда — Гейгера. Для этого-то они и протянули по оси бронзового цилиндра тонкую проволоку. Они присоединили ее к одному полюсу батареи, а поверхность цилиндра — к другому. Внутри камеры появилось нужное поле.

Слабенький процесс ионизации, спровоцированный всего лишь одной альфа-частицей, ворвавшейся извне, мог теперь стремительно развиваться. Происходил почти мгновенный разряд. Так один камешек, свалившийся на неустойчивую осыпь, вызывает обвал.

Вместо маятника с дыркой Резерфорд и Гейгер придумали более верный способ пропускать альфа-частицы в камеру по одиночке. Крупицу радия-C — хороший источник альфа-лучей — они поместили в дальнем конце узенькой стеклянной трубки длиною в четыре с половиной метра. Элементарное соображение: лишь малая доля частиц, разлетавшихся от источника во все стороны, могла попасть в этот канал и благополучно долететь до другого его конца — до слюдяного окошечка в стенке бронзового цилиндра. Ясно, что из трубки был откачан воздух, иначе ни одна альфа-частица вообще не долетела бы до камеры: всю свою энергию она растрачивала бы по дороге на столкновения с молекулами.

Эта странная, распластанная в длину, опутанная проводами, обросшая насосами, батареями, измерительными приборами, вздыхающая и потрескивающая экспериментальная установка показалась бы совершенно непонятной в эпоху доатомной физики. А сегодня она рисуется нашему воображению уже как паровозик Стефенсона, как бипланчик братьев Райт…

Через слюдяное окошко в камеру проникали три-четыре альфа-частицы в минуту. Иногда их бывало только две, иногда — пять. Но в том-то и заключался успех, что можно было безошибочно сказать, сколько их посетило бронзовый цилиндр! Появление каждой сопровождалось коротким всплеском электрического тока, и стрелка электрометра совершала скачок в среднем на десять делений шкалы. Незримое микроявление усиливалось до легко наблюдаемого макрособытия.

Та цилиндрическая ионизационная камера с проволочкой-приманкой была первой моделью ныне столь популярного счетчика Гейгера — несложного лабораторного инструмента, ставшего в наш ядерный век одной из тревожащих «примет времени» вместе с тяжелой водой и стронцием-90. Резерфорд и Гейгер смотрели тогда в атомное грядущее беспечально. И в заключительных строках своей совместной работы, опубликованной летом 1908 года «Трудами Королевского общества», без всякого исторического глубокомыслия предсказали большое будущее электрическому методу регистрации радиоактивных излучений. Они отметили, между прочим, что этим методом «можно будет детектировать и единичные бета-частицы». Других излучений, несущих заряд, тогда еще не знали.

И других применений для научных приборов не предвидели…

Когда Резерфорд написал Отто Хану, что тот сумеет по достоинству оценить важность счета альфа-частиц, он, разумеется, вовсе не льстил своему младшему другу. Да и согласитесь, трудновато вообразить себе льстящего Резерфорда! Конечно, Отто Хан сразу понял, что теперь в Манчестере будет, наконец, достоверно установлена природа альфа-лучей. И прежде всего — величина электрического заряда этих телец.

Со времени памятных дождей в Северном Уэльсе Резерфорд не сомневался в тогдашней своей догадке, что альфа-лучи — поток ионизированных атомов гелия. Но даже самая жаркая убежденность исследователя еще не служит доказательством его правоты.

Да, отношение заряда к массе у альфа-частиц позволяло утверждать, что это тяжелые атомные тельца. Помните, измерения дали для альфа-частиц примерно 5000, а для водородных ионов — примерно 10 000. Иначе говоря, если для ионов водорода H+ это e/m, то для альфа-частиц получалось e/2m. Но ионы гелия не в два, а в четыре раза массивней водородных: их масса в водородных единицах равна 4m. Для того чтобы гелиевая гипотеза не рухнула сразу, оставалось предположить удвоенную щедрость природы: снабдив альфа-частицы массой не в 2m, а в 4m, она придала им и удвоенный заряд — не 1e, а 2e. Тогда отношение заряда к массе сохранялось как раз таким, какое показали измерения. Так получалось, что если альфа-частицы действительно атомы гелия, то наверняка дважды ионизированные атомы. Короче — ионы He++. Вот эту малость и требовалось доказать, дабы жаркая убежденность стала еще и достоверным знанием.