Владимир Кессельман - На кого упало яблоко

В декабре 1938 года отчаявшийся Ган написал Мейтнер в Швецию, спрашивая, какое — хоть фантастическое! — объяснение наблюдаемому явлению она, физик, могла бы предложить. Мейтнер в это время навестил ее племянник, тоже физик-ядерщик, Отто Фриш. Вечером, когда пришло письмо Гана, в старомодной гостиной пансиона, где жила Мейтнер, возникли вдохновенные дебаты. Фриш описал их в следующих словах: «Постепенно нам стало ясно, что разрушение ядра урана на две почти равные части… должно происходить совершенно определенным образом. Картина такова… постепенная деформация исходного уранового ядра, его удлинение, образование сужения и, наконец, деление на две половины. Поразительное сходство этой картины с процессом деления, которым размножаются бактерии, послужило поводом к тому, что мы назвали это явление в своей первой публикации „ядерным делением“»[157].

Куда же девалась «исчезнувшая часть» ядра? Она превращалась в энергию! Свое «объяснение» Мейтнер сообщила Гану в письме, и он, зная теперь, «что искать», действительно обнаружил, кроме бария, еще и криптон: все сходилось. Сама Мейтнер позже писала: «Открытие расщепления ядра Отто Ганом и Фрицем Штрассманом стало началом новой эпохи в истории человечества. Научное достижение, лежавшее в основе этого открытия, потому кажется мне столь необыкновенным, что оно было достигнуто чисто химическим путем, без всяческой теоретической наводки». В телевизионном интервью она дополнила: «Это удалось с помощью необычайно хорошей, просто фантастически хорошей, химической работы Гана и Штрассмана, на которую в те времена больше никто не был способен. Позже американцы научились. Но тогда Ган и Штрассман были действительно единственными, потому что они были столь хорошими химиками. Они действительно с помощью химии открыли и доказали физический процесс».

В нацистском проекте по созданию атомной бомбы Ган участия не принимал. Но когда в 1943 году лаборатория «атомщика» Гейзенберга, с оборудованием и сотрудниками, переехала из Берлина — подальше от бомбардировок союзников — на юг Германии, Ган отправился вместе с ними. Весной 1945 года в Германию прибыла американская военная миссия под командованием полковника Бориса Паша, одной из задач которой был захват крупных немецких ученых, работавших над атомным проектом. Среди этих ученых оказался и Ган. Немцев секретно доставили в Англию. А 16 ноября 1945 года появилось сообщение о присуждении Гану Нобелевской премии.

Но почему же только ему одному? Почему была забыта Лиза Мейтнер? Многие утверждают, что Лизе не дали Нобелевскую премию из-за того, что одним из членов комитета был Карл Сигбан[158], недолюбливавший Мейтнер. Сам лауреат как-то обронил по этому поводу: «Когда произошло открытие, она уже в моей лаборатории не работала», и поэтому, дескать, правильно, что Нобелевскую премию присудили только одному ему. Он публиковал полученные им в Берлине результаты как исключительно свои собственные, а затем и того хуже — начал продлившуюся почти четверть века кампанию, цель которой состояла в том, чтобы доказать: вся честь открытия принадлежит только ему одному. В своей нобелевской речи он упомянул о Мейтнер лишь как об одной из сотрудниц лаборатории.

В первом послевоенном интервью Отто Ган сказал, что Мейтнер была у него младшим научным сотрудником, а впоследствии притворялся (или уже верил в это?), что вообще о ней не слышал. В течение многих лет стол, за которым Мейтнер работала в Берлине, вместе со всеми приборами, собранными ею для проведения ключевых экспериментов, был выставлен в Немецком музее Мюнхена. На прикрепленной к этому экспонату табличке значилось: «Arbeitstisch von Otto Hahn» («Рабочий стол Отто Гана»). Ган настолько разочаровал Фрица Штрассмана, что тот отказался от 10 процентов Нобелевской премии, которые Ган предложил ему[159]. Лиза Мейтнер была тяжко оскорблена тем, как поступил с ней ее многолетний сотрудник Ган; впрочем, она объясняла его поступок тем, что он пытается вычеркнуть из памяти недавнее прошлое Германии.

А что с Идой Ноддак? Она попыталась присвоить себе честь открытия деления ядер урана. Но ученые с этим не согласились. Пионерская идея Ноддак, высказанная во время критики экспериментов Ферми, оказалась забыта и не отражена ни в одном из физических справочников.

На заре физики атомного ядра большинство основополагающих открытий было сделано с использованием природных источников радиоактивного излучения с энергией всего лишь несколько МэВ и простейших детектирующих устройств. Со временем экспериментальные установки становились все сложней. Развивалась техника ускорения и детектирования частиц. Успехи в физике ядра и элементарных частиц все в большей степени определялись прогрессом в этих областях. Наступила эра ускорителей заряженных частиц.

В 1929 году молодой профессор Калифорнийского университета Эрнест Орландо Лоуренс понял, что осуществить резонансное ускорение частиц возможно не только на прямолинейной траектории. Он взял металлический полый цилиндр примерно тех же пропорций, что и банка из-под шпрот, разрезал его вдоль оси и раздвинул половинки (их сейчас называют дуантами). Эту разрезанную банку надо вложить между полюсами электромагнита, а в ее центре поместить источник не особенно быстрых заряженных частиц, подчиняющихся законам ньютоновской механики. В постоянном магнитном поле они станут закручиваться и двигаться по окружностям фиксированного радиуса (разумеется, в камере должен быть вакуум).

Такое устройство можно превратить в ускоритель. Для этого в зазоры между дуантами надо подать переменное электрическое поле, частота которого совпадает с частотой вращения частиц (последняя зависит от заряда, напряженности магнитного поля и массы частиц и не зависит от их скорости). Сам Лоуренс поначалу называл свое изобретение протонной каруселью, но вскоре оно стало именоваться циклотроном.

Открытие Лоуренса оказало сильнейшее влияние на дальнейшее развитие ядерной физики. Небольшое деревянное здание, в котором производились его первые эксперименты, дало начало грандиозной радиационной лаборатории в Беркли, раскинувшейся на берегу моря на живописных холмах Сан-Франциско. Но на пути ускорения частиц в циклотроне лежит принципиальная трудность. По мере ускорения частицы в соответствии со специальной теорией относительности растет ее масса. Это приводит к нарушению процесса — через определенное число оборотов магнитное поле вместо ускорения начинает тормозить частицы, траектория их изменяется, и ускоряемая частица может просто «врезаться» в стенку. Чтобы релятивистские частицы продолжали разгоняться в резонансном режиме, нужно либо постепенно увеличивать напряженность магнитного поля (тем самым уменьшая радиус их траектории), либо уменьшать частоту колебаний электрического потенциала на дуантах, заставляя ее следовать за снижением частоты обращения частиц, либо согласованно менять параметры обоих полей.

Вся история ускорителей почти до самого последнего времени — это изобретение способов синхронизации движения частиц в такт с переменным электрическим полем. В феврале 1944 года В. И. Векслер[160] выдвинул революционную идею, как преодолеть энергетический барьер циклотрона. Она была настолько проста, что казалось странным, почему к ней не пришли раньше. Идея состояла в том, что при резонансном ускорении частоты обращения частиц и ускоряющего поля должны постоянно совпадать, иными словами, быть синхронными. При ускорении тяжелых релятивистских частиц в циклотроне для синхронизации предлагалось изменять частоту ускоряющего электрического поля по определенному закону (в дальнейшем такой ускоритель получил название синхроциклотрона). Сам принцип ускорения был назван «принципом автофазировки».

В 1944 году, когда родился термин «автофазировка», Векслеру было 37 лет. Над проблемой синхронизации размышляли многие, и считалось, что она не имеет решения. Но Векслер этого не знал и поэтому… решил ее. Так получилось, что недостаток образования превратился для него в достоинство. Вот что рассказывал Е. Л. Фейнберг[161], фактический соавтор открытия. В феврале 1944 года Векслер попросил у него книгу Беккера «Электронная теория», а затем сообщил, что, основываясь на первой ее главе, придумал ускоритель. Фейнберг указал на проблему устойчивости, а Векслер… даже не сразу понял, о чем речь. Но на следующий день он позвонил Фейнбергу и предложил идею другого ускорителя, который сейчас называется «синхротрон». Фейнберг засел за расчеты и понял, что «получилось устойчиво…».

А потом… Что произошло потом, не совсем ясно. Вот как об этом пишет дубненский физик А. Расторгуев[162]. Векслер повторил в упрощенном варианте выкладки Фейнберга и подготовил работу к печати. Статьи с описанием ускорителей нового типа и обоснованием принципа автофазировки в том же 1944 году были опубликованы в «Докладах Академии наук». Не ищите в них упоминаний о Фейнберге. Их нет, как нет их и во всех последующих работах Векслера. Евгений Фейнберг, получается, подарил Векслеру математическое обоснование принципа автофазировки.