Исчезающая ложка, или Удивительные истории из жизни периодической таблицы Менделеева

Перебравшись из Кембриджа в Монреаль, Резерфорд заинтересовался тем, как радиоактивные вещества загрязняют окружающий воздух, повышая радиационный фон. В ходе исследования этого явления Резерфорд опирался на труды Марии Кюри, но новозеландский провинциал оказался гораздо изобретательнее своей знаменитой современницы. По мысли Кюри, радиоактивные элементы (среди прочего) испускают «чистую радиоактивность», напоминающую особый газ, и она заряжает окружающий воздух. Этим радиоактивные вещества подобны электрическим лампочкам, излучающим свет. Резерфорд подозревал, что «чистая радиоактивность» представляет собой пока не известный радиоактивный газообразный элемент, обладающий собственными характерными свойствами. В результате, пока Кюри месяцами вываривала сотни килограммов черного пузырящегося настурана, чтобы добыть микроскопические количества радия и полония, Резерфорд придумал обходной маневр и призвал на помощь саму Природу. Он просто оставил радиоактивные образцы под перевернутым лабораторным стаканом, чтобы собрать пузырьки неизвестного газа, а потом вернулся в лабораторию и нашел там все нужные ему вещества. Резерфорд и его ассистент Фредерик Содди быстро доказали, что радиоактивные пузырьки на самом деле представляют собой новый элемент – радон. А поскольку количество вещества под стаканом уменьшалось по мере выделения радона, исследователи догадались, что наблюдают превращение одного элемента в другой.

Резерфорд и Содди не только открыли новый элемент, но и обнаружили новый способ перемещения по периодической системе. При распаде атомы одних элементов становятся атомами других, перепрыгивая в таблице по горизонтали сразу на несколько клеток. Это было захватывающее, но еретическое открытие. За несколько веков ученым удалось дискредитировать и изгнать из своих рядов алхимиков-магов, пытавшихся синтезировать золото из свинца, а тут Резерфорд и Содди вновь возвращаются к подобным экспериментам! Когда Содди наконец поверил в происходящее и выпалил: «Резерфорд, это трансмутация!» – тот осадил его: «Ради бога, Содди, не называйте это трансмутацией. Нам просто снимут головы как алхимикам».

Вскоре образцы радона положили начало еще более удивительным исследованиям. Резерфорд произвольно назвал небольшие фрагменты, откалывавшиеся от радиоактивных атомов, альфа-частицами (он же открыл и бета-частицы). Опираясь на разницу в весе между разными «поколениями» распадающихся элементов, Резерфорд предположил, что альфа-частицы – не что иное, как гелий, выделяющийся из кипящей жидкости в форме пузырьков. Это значит, что элементы не просто могутперепрыгивать через две клетки периодической системы, как в обычной настольной игре; если уран действительно испускал гелий, значит, элементы могут перемещаться самым разным способом, как в игре со змейками и лесенками.

Чтобы проверить эту гипотезу, Резерфорд поручил стеклодувам с физического факультета изготовить для него две колбы. Первая была тонкой, почти как мыльный пузырь, и в нее Резерфорд закачал радон. Вторая была толще и шире, и в нее он поместил первую. У альфа-частиц имелось достаточно энергии, чтобы проникнуть через первое тончайшее стекло, а преодолеть второе они уже не могли. Таким образом, они оказывались «пойманы» во второй колбе, в которой в начале эксперимента был вакуум. Через несколько дней результат эксперимента оставался практически незаметным, ведь альфа-частицы бесцветны и практически никак себя не проявляют. Но потом Резерфорд пропустил через пустоту электрический ток. Если вы когда-либо бывали в мегаполисе, например в Токио или Нью-Йорке, то уже догадываетесь, что произошло. Как и все благородные газы, гелий светится под действием электричества, и волшебные частицы Резерфорда начали переливаться характерными гелиевыми желто-зелеными оттенками. Фактически Резерфорду пришлось зажечь одну из первых «неоновых» ламп, чтобы доказать, что альфа-частицы – это беглые атомы гелия. Это был великолепный пример резерфордовского изящества и его веры в зрелищную науку.