Неопознанный нейтрон

В некотором смысле можно считать, что ядерная физика родилась с открытием нейтрона - фундаментальной составной части ядра, имеющей нулевой электрический заряд. В 1920 г. Резерфорд высказал предположение о существовании нейтральной частицы с массой, равной массе протона; однако поначалу эксперименты не подтверждали его предсказания. Но в 1930 г. В. Боте и его ученик Г. Беккер обнаружили, что при бомбардировке легкого металла бериллия альфа-частицами, испускаемыми полонием, возникает электрически нейтральное проникающее излучение, которое они приняли за жесткие гамма-лучи.

В 1932 г. Ирен и Фредерик Жолио-Кюри решили исследовать это непонятное проникающее излучение. Воспользовавшись опять же полонием (элементом, открытым в 1898 г. Марией Склодовской-Кюри и Пьером Кюри), они бомбардировали альфа-частицами бериллиевую мишень, установленную таким образом, что возникающее излучение проходило через камеру Вильсона (круглое окошко ее видно на фотографии).

Источник "гамма-лучей", обнаруженных Боте и Беккером, находится здесь "на семи часах" (если воспользоваться аналогией с часовым циферблатом); на него как бы указывает косая белая линия. Белая горизонтальная полоска - это покрытая слоем парафина пластинка слюды, помещенная перед окошком камеры; косая линия представляет собой трек протона, выбитого' из парафина. Попадающее на парафин излучение, будучи электрически нейтральным, не оставляет следов в камере.

Супруги Жолио-Кюри предложили довольно неправдоподобное толкование результатов своего опыта, объяснив их комптоновским рассеянием, которое ранее наблюдалось для электронов. Легкие электроны заметно отклоняются при соударении с фотонами гамма- излучения, однако масса протона в 1836 раз превышает массу электрона, и поэтому маловероятно, чтобы протоны могли претерпеть отклонение. Как заметил Эмилио Сегре, "если один бильярдный шар сталкивается с другим, они разлетаются в стороны, но если бильярдный шар попадет в автомобиль, то автомобиль едва ли сдвинется с места". Супруги Жолио-Кюри отправили эту фотографию в Кавендишскую лабораторию, но Резерфорд с сомнением отнесся к их истолкованию результатов.

По свидетельству Сегре, об открытии Жолио-Кюри узнал также молодой итальянский физик Этторе Майорана, который воскликнул: "Чудаки! Они открыли нейтральный протон и не поняли этого". Майорана был прав: в скором времени Джеймс Чедвик, повторив эти опыты в Кавендишской лаборатории, пришел к выводу, что неизвестное излучение должно состоять преимущественно из частиц с массой, равной массе продана, и нулевым электрическим зарядом. Следовательно, правильная интерпретация приведенной здесь фотографии такова: идущий снизу нейтрон попадает в атом водорода в слое парафина и выбивает из него ядро (протон), которое движется вправо вверх, оставляя типичный ионизационный след.

Свое открытие Чедвик сделал не по фотографии, снятой в камере Вильсона. Он использовал ионизационную камеру, соединенную с ламповым усилителем; с выхода последнего сигнал поступал на осциллограф, который регистрировал колебания фотографическим способом на светочувствительной бумажной ленте.

Поистине 1932 г. был для ядерной физики годом чудес: простая картина структуры атомов, которые, как считалось, состоят лишь из электронов и протонов, была разрушена открытием трех новых частиц: нейтрона, "положительного электрона" - позитрона (см. Открытие позитрона) и дейтрона. Последний, правда, не является фундаментальной частицей, поскольку состоит из протона, связанного сильным (ядерным) взаимодействием с нейтроном. Существование тяжелого изотопа водорода - дейтерия, ядро которого представляет собой протон-нейтронную пару, было подтверждено спектроскопически. С полным основанием можно сказать, что фотография внесла свой вклад в открытие всех трех названных частиц.

Январь 1932 г. Институт радия, Париж Ирен и Фредерик Жолио-Кюри Камера Вильсона в магнитном поле 1500 гаусс; полониево-бериллиевый источник, парафиновая мишень Музей науки, Лондон [44, 60, 61, 247]