Гений. Жизнь и наука Ричарда Фейнмана

В начале 1939 года Уилер и Бор снова будут работать вместе, на этот раз уже как коллеги. Принстон, чтобы развивать новое направление — ядерную физику, пригласил не только Уилера, но и известного венгерского ученого Юджина Вигнера. МТИ же оставался довольно консервативным учреждением и не спешил бежать впереди паровоза. Слейтер и Комптон придерживались сложившихся представлений о физике и тяготели к развитию на факультете практичных направлений. В Принстоне все было иначе. Уилер все еще помнил то непередаваемое чувство, которое испытал, впервые наблюдая за процессом радиоактивного излучения. Он помнил, как сидел в темной комнате, уставившись в черный экран из сульфата цинка, и подсчитывал периодические вспышки альфа-частиц, испускаемых радоновым источником. Бор к тому времени уже покинул неспокойную Европу, чтобы посетить институт Эйнштейна в Принстоне. Уилер, встречавший Бора, прибывшего в Нью-Йорк на корабле, узнал от него о том, какое пристальное внимание уделяют изучению атомов урана в Европе.

По сравнению с атомом водорода, с изучения ядра которого Бор начал свою квантовую революцию, атом урана был просто монстром. Самый тяжелый, состоящий из 92 протонов и более чем 140 нейтронов атом[78], редко встречающийся в природе (всего один на семнадцать триллионов атомов водорода), нестабильный, предрасположенный к внезапному распаду на более легкие элементы или — а это были экстраординарные новости, и именно над этим вопросом Бор работал во время своего путешествия через Атлантику, — расщеплению при столкновении с нейтроном на свободные пары более легких атомов бария и криптона или теллура и циркония с высвобождением новых нейтронов и энергии. Как можно было представить эти ядра? Как скопления твердых частиц, скользящих друг на друге? Как гроздья винограда, перемотанные плотной резинкой? Или как «жидкие капли», представлявшие собой мерцающие, отталкивающиеся, постоянно колеблющиеся шаровидные частицы, сжимающиеся в форму песочных часов и растрескивающиеся в их тонкой части? Формулировка «жидкие капли» распространилась, словно вирус, в среде физиков в 1939 году. Именно эта «жидкокапельная» модель позволила Уилеру и Бору сделать одно из самых невероятных и величайших упрощений в науке — выстроить теорию феномена, который позже назовут расщеплением ядра. Сам термин не принадлежал Уилеру и Бору. Они весь вечер пытались придумать вариант получше, что-то вроде раскола или деления, но в конце концов сдались, так и не найдя нужного слова.

Разумно было предположить, что модель жидких капель лишь весьма приближенно описывает скопления частиц в ядре атома, состоящего из более чем двухсот частиц, удерживаемых вместе ядерными силами, действующими на близких расстояниях и отличающимися по своей природе от действующих в молекулах электрических сил, которые изучал Фейнман. Для атомов меньшего размера метафору «жидкие капли» использовать было нельзя, но для описания крупных, таких как атомы урана, она работала. Форма ядра атома, как и форма жидкой капли, зависела от тонкого баланса между двумя противоположными силами. Силы ядерного притяжения (так называемое сильное взаимодействие) в атоме подчиняются тому же принципу, благодаря которому за счет поверхностного натяжения удерживается компактная геометрическая форма капли. Этому притяжению противостоит электрическая сила отталкивания (согласно закону Кулона), действующая между положительно заряженными протонами. Бор и Уилер поняли, насколько важно облучать именно медленными нейтронами, которые Ферми счел совершенно бесполезными, когда работал в своей лаборатории в Риме[79], и сделали два громких заявления. Во-первых, к взрыву приведет ядерный распад только редкого изотопа[80] урана — урана-235. Во-вторых, бомбардировка нейтронами также приведет и к ядерному распаду и образованию нового вещества с атомным номером (зарядом) 94 и массой 239, не существующего в природе и пока не полученного в лаборатории. На основе этих двух теоретических утверждений вскоре начал развиваться огромный, невиданный ранее технологический проект.

Одна за другой открывались лаборатории ядерной физики. Американский дух изобретательства был теперь направлен на то, чтобы разработать аппарат, позволяющий ускорять пучки заряженных частиц, сталкивать их с атомами металлов или газов и отслеживать частицы, образующиеся в результате их столкновений, используя камеры с ионизированным газом. Один из первых в стране «циклотронов» — такое название этот аппарат получит в будущем — появился именно в Принстоне в 1936 году. Его стоимость была такой же, как и стоимость нескольких автомобилей. В университете имелись и ускорители меньшего размера, которые работали каждый день, что позволяло получать редкие элементы и изотопы и накапливать новые знания. Когда так мало известно, результаты почти каждого эксперимента приобретают особую значимость.