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).

---

Гейгер и Марсден поначалу работали на старой, распластанной в длину экспериментальной установке, так хорошо служившей счету альфа-частиц. 4½-метровая стеклянная трубка с препаратом радия в дальнем конце по-прежнему играла роль альфа-провода: из сферического облака разлетавшихся во все стороны альфа-частиц она вырезала узкий луч и направляла его на мишень. А за мишенью пронизавшие ее частицы встречали сцинцилляционный экран. Но теперь уже надо было не только считать звездочки вспышек: важна была картина возникавших на экране созвездий — распределение альфа-частиц по разным углам отклонения от оси луча.

Сменялись мишени — листки металлической фольги. Проходили испытание атомы восьми чистых металлов — от легкого алюминия (атомный вес 27) до тяжелого свинца (атомный вес 207). Сменялись мишени однослойные, двухслойные, многослойные. Как и в монреальских опытах Резерфорда, наиболее вероятный угол рассеяния всякий раз бывал невелик: 1–2 градуса. Но, хоть и в нешироких пределах, он, конечно, менялся от мишени к мишени. И к февралю Гейгер уже вывел заключение, что этот угол — мера рассеяния — тем больше, чем тяжелее рассеивающие атомы. Рассеяние возрастало и с увеличением числа атомов, мимо которых пролетала частица. Иначе говоря, оно было тем больше, чем многослойней была мишень. В общем, по мнению Гейгера, уже можно было утверждать: наиболее вероятный угол отклонения частиц варьирует, как квадратный корень из атомного веса вещества и как квадратный корень из толщины рассеивателя.

Разумеется, эта информация была интересна и важна, как интересны и важны данные любых достоверных научных опытов. Кстати, тогда же, в других лабораториях другие физики изучали рассеяние в веществе легких бета-частиц — электронов. В Дублине этим занимался давний кавендишевский приятель Резерфорда Мак-Клелланд. В Германии — эрлангенский Шмидт. Оба обнаружили закономерности, сходные с гейгеровскими, только менее рельефные. Тяжелые альфа-частицы, несущие двойной заряд, оказались гораздо чувствительней к различиям в атомном весе рассеивателей: при переходе от алюминия к золоту эффект для электронов увеличивался в два раза, а для альфа-частиц — в двадцать раз!

Да, конечно, все это были полезные сведения. Но что давали они для конструктивных размышлений об устройстве атомных миров? Экспериментально подтверждалось нечто заведомо очевидное: чем тяжелее атомы, тем сильнее их электрические поля. (Ибо слеплены такие атомы природой из большего количества электрически заряженной материи.) Это был почти трюизм.

Иначе говоря, история открытия атомного ядра началась довольно уныло. Но вот однажды — по-видимому, в начале февраля 1909 года — в эту историю вмешалось только что упоминавшееся счастливое «если бы»…

Оно явилось в досадном обличье.

Уже давно, в первых же опытах по рассеянию, Гейгер и его юный помощник столкнулись с непредвиденной трудностью: им часто не удавалось получить на сцинцилляционном экране за мишенью картину рассеяния устойчивых очертаний. Так можно понять Марсдена, вспоминавшего, что у них не получалась constant fugure — «постоянная картина»: сцинцилляции нет-нет да и вспыхивали где-то в стороне от оси луча, показывая, что есть частицы, вылетающие из мишени куда-то вбок. Но это значило, что они и падали на мишень не под прямым углом, как весь луч, а откуда-то сбоку. Хотя их было немного, они все же путали статистику. Они загрязняли опыт и вызывали досаду.

Гейгер и Марсден предположили, что всему виною невидимые глазу неровности — «молекулярные опухоли» — на стеклянных стенках 4½-метрового альфа-провода: частицы, летящие от источника вдоль стенок, пронизывают эти неровности или касаются их, в обоих случаях претерпевая рассеяние. К мишени они подлетают уже не под прямым углом. Гейгера, а вместе с ним и Марсдена, беспокоило одно: как избавиться от этих непрошеных частиц?

Надо отдать им должное — они устранили беду с изобретательностью, достойной самого шефа. Они вставили в трубку серию шайбочек-колец, плотно прилегающих изнутри к стеклянным стенкам. Так они вывели из игры все периферийные частицы альфа-луча. Шайбочки их задерживали и поглощали. Луч сузился. Зато летел теперь по каналу, лишенному стенок: он летел внутри стеклянного альфа-провода по воображаемой трубке, ограниченной шириною отверстия шайбочек. (Этим экспериментальным приемом физики-атомники пользуются в случае нужды и сегодня.)

Резерфорд появлялся в лаборатории ровно в девять утра и начинал свой рабочий день с обхода сотрудников.

Как и в Монреале, сильные акустические волны издалека возвещали о его приближении. Но двухэтажное здание, вытянутое в длину, было скромнее, и звуки не разносились так гулко, как в Физикс-билдинге.

…Good morning, Кэй! Вчера у сэра Горация Лэмба все восторгались вашими демонстрационными опытами на моих лекциях. Вы молодец, старина. Я им сказал, что вы — лучший лабораторный ассистент в Британской империи. Второй Эверетт!

Good morning, Мак! Говорят, студенты практикума жалуются на вашу суровость. Держите их еще крепче, мой мальчик!

…— Послушайте-ка, Антонов, все хочу спросить вас, как по-русски good morning?

— Доброе утро, профессор!

— Так доброе утро, my boy! Вам повезло — приехал Болтвуд из Иеля. Поговорите с ним о радии-D. Он знает о нем все…

…— Good morning, мисс Уайт! Что вас затрудняет?.. Расчет чувствительности?.. Дайте-ка исходные данные… И помолчите минуточку, Марджерет! Прикинем в уме… (Широко расставленные ноги. Закинутая голова. Мгновенные выкладки вслух.)…Вот так. Проверьте с Маковером.

И наконец:

…— Guten Tag, Ганс! Good morning, Эрни!

Гейгер и Марсден видели его каждый день. Он знал все их огорчения и победы. Знал о молекулярных опухолях. Благословил шайбочки.

Конечно, он думал и о том, что в принципе можно было бы обойтись и без шайбочек: можно было бы ввести в статистические подсчеты вычисленную поправку на рассеяние альфа-частиц в трубке. Ведь она, эта трубка, не меняется от опыта к опыту, распределение неровностей на ее стенках остается неизменным, и фальшивить она должна по некоей своей вероятностной закономерности. Но установить это математически — значило провести специальное педантичное исследование. Он не был противником педантизма, однако при условии, что не возникала угроза раздражающих проволочек. А может быть, кроме всего прочего, его смущала математическая сторона дела?

Так или иначе, он согласился с Гейгером, что избавиться от ненужных частиц экспериментальным путем проще, чем с помощью теории вероятностей. Но не с этой ли историей был связан один поступок Резерфорда, вызвавший как раз в ту пору иронические и восхищенные толки в университете Виктории.

Нобелевский лауреат вскоре после возвращения из Стокгольма пожелал сызнова побывать в шкуре студента. Когда кончились рождественские каникулы, он пришел к известному манчестерскому математику Горацию Лэмбу и попросил разрешения слушать у него курс теории вероятностей. Намерения нового студента были вполне серьезны: он собирался пройти и всю программу практических занятий у Лэмба.

То было нетривиальное зрелище: мировая знаменитость, восседающая среди юнцов и склонившаяся над тетрадкой с заданными упражнениями! Мировая знаменитость дала себе единственную поблажку: не экзаменоваться. Но не от гордыни — от застарелого отвращения к этой процедуре.

Лэмб без дальних слов понял, зачем его высокому коллеге понадобился этот рецидив студенчества: с вероятностью, равной единице, можно было утверждать, что изучение рассеяния альфа-частиц надолго становится главной страстью профессора Резерфорда. Разумеется, у профессора Резерфорда всегда был выход: в нужный момент привлечь к делу лабораторного математика Бэйтмена. Но все знали: он любил сам откристаллизовывать свои идеи в математические формулы. А отныне это делалось невозможным без уменья уверенно оперировать аппаратом теории вероятностей.

(Так, почти сорок лет спустя, когда экспериментальные методы ядерной физики революционизировались новейшей радиотехникой, академик Игорь Васильевич Курчатов решил прослушать курс радиоэлектроники. Это тоже было нетривиальное зрелище: бородатый глава советских атомников за учебным столом! А ведь и у него всегда был в запасе выход: в нужную минуту поманить пальцем специалиста. Но все знали: он предпочитал сам понимать и оценивать, что чего стоит…)

Не столь уж существенно — сыграла ли проблема избавления от ненужных частиц хоть какую-нибудь реальную роль в решении Резерфорда стать лэмбовским студентом. Может быть, и не сыграла. Но существенно, что именно тогда — в самом преддверии открытия атомного ядра — он такое решение принял. Он вооружался для исторического похода.

…И вот — в очередной раз:

— Guten Tag, Ганс! Good morning, Эрни! Что нового, мальчики?