Фредерик Жолио-Кюри

«Если бы входное отверстие прикрывалось более толстой стенкой, то эффект выбивания ядер несомненно бы ускользнул от нас, — писал впоследствии Фредерик Жолио. — Если я подробно останавливаюсь на этих фактах, то потому, что я всегда придавал большое значение способу постановки и проведения эксперимента. Конечно, надо исходить из заранее обдуманной гипотезы, однако всякий раз, когда это возможно, опыт должен ставиться таким образом, чтобы открыть при этом как можно больше окон в сторону непредвиденного. «Кто может большее, не затрудняя себя, тому доступно и меньшее».

Они щедро «открывали окна» и не пугались непредвиденного.

18 января 1932 года супруги Жолио-Кюри сообщили на заседании Парижской Академии наук о своих результатах. Они пропустили излучение Боте-Беккера через вещества, содержащие водород (парафиновый или целлофановый листок). И что же? Оказалось, что таинственные бериллиевые лучи действуют как снаряды: они выбивают из этих веществ протоны, то есть ядра атома водорода.

Через пять недель, 27 февраля 1932 года, пришло новое сообщение. Чадвик в Англии, прочитав статью Жолио-Кюри, объяснил их результаты: бериллиевое излучение — это вовсе не электромагнитные волны, а поток новых, дотоле неизвестных частиц. Масса таких частиц должна быть близкой к массе протона, то есть ядра атома водорода.

А электрический заряд? Заряда нет! Это поток тяжелых, электрически нейтральных частиц.

Так был открыт нейтрон — новая элементарная частица.

Чадвик смог так легко и быстро объяснить результаты французских физиков потому, что он раньше уже искал нейтрон. Сами Жолио-Кюри писали об этом через два десятка лет:

«Название «нейтрон» уже было произнесено гениальным Резерфордом в 1923 году. Он высказал тогда предположение: не входят ли нейтральные частицы в состав ядра вместе с протоном? Такую предполагаемую частицу он назвал нейтроном. Однако большинство физиков, в том числе и мы, не обратили внимания на эту гипотезу. Но она все еще блуждала под сводами здания лаборатории Кавендиша, где работал Чадвик, и вполне естественно и справедливо, что последняя точка в открытии нейтрона была поставлена именно здесь. Идеи, высказанные когда-то нашими учителями — как живущими, так и ушедшими от нас, — много раз вспоминаются и забываются в их лабораториях, сознательно или подсознательно проникая в мысли тех, кто постоянно там присутствует. Постепенно эти идеи созревают: тогда совершается открытие».

Прошел еще месяц, и 11 апреля в Академии наук, а 15 апреля во Французском физическом обществе Жолио-Кюри рассказали о дальнейших результатах, окончательно доказавших, что «излучение Боте-Беккера» это не электромагнитные волны, а поток нейтронов.

Нейтроны — это и были как раз те снаряды, которые так настоятельно требовались ядерной физике. У нейтрона нет электрического заряда, поэтому он может проникать в атомное ядро, не испытывая тех сил отталкивания, которые ослабляют положительно заряженную альфа-частицу. А так как нейтрон — частица достаточно тяжелая, он энергично действует на атомное ядро, разбивая его.

Отныне ядерная физика получила в свое распоряжение мощные снаряды, которыми можно разбивать и легкие и тяжелые ядра атомов. Открытие нейтрона было сигналом к новому наступлению.

В том же году была выдвинута новая теория строения атомного ядра: ядро состоит из протонов и нейтронов, которые удерживаются вместе силами ядерного притяжения. Число протонов — это число электрических зарядов ядра. Сумма масс протонов и нейтронов — это масса атомного ядра. В ядре водорода — 1 протон. В ядре гелия, то есть альфа-частице, — 2 протона и 2 нейтрона. В тяжелых ядрах больше нейтронов, чем протонов, например, у радия 88 протонов и 138 нейтронов, а у обычного урана 92 протона и 146 нейтронов. Именно поэтому при распаде тяжелых ядер так легко образуются альфа-частицы.

Теория строения атомного ядра позволила объяснить одну давнюю загадку.

Если атомное ядро состоит из целого числа протонов и нейтронов, то атомный вес любого элемента должен быть всегда целым числом. За единицу атомного веса ученые принимают вес протона. Значит, например, атомный вес водорода должен быть равен единице (1 протон), гелия — четырем (2 протона, 2 нейтрона), хлора — тридцати пяти (17 протонов и 18 нейтронов), урана — двумстам тридцати восьми (92 протона, 146 нейтронов).

Но посмотрите на таблицу Менделеева. У большинства элементов атомный вес не целое число, а целое число с дробью: у хлора 35,5, у урана 238,07. Химики давно знали, что атомные веса элементов не случайно отличаются от целых чисел, но объяснить это не могли.