Исчезающая ложка, или Удивительные истории из жизни периодической таблицы Менделеева

Итак, что же произошло в период между экспериментами Мозли и открытием шестьдесят первого элемента? Почему охота на элементы настолько измельчала: смерть Мозли многими признавалась невосполнимой утратой, а открытие прометия удостоилось лишь беглого упоминания на газетной полосе? Действительно, прометий оказался практически бесполезен. Но ученые более, чем кто-либо из людей, приветствуют такие непрактичные открытия. Последний шаг в расшифровке основной части периодической системы стал эпохальным событием, кульминацией миллионов человеко-часов работы. Дело не в том, что люди просто устали искать новые элементы – ведь этот поиск продолжали вести на протяжении большей части холодной войны ученые-соперники из СССР и США. Но за прошедшие годы изменилась как сущность, так и масштабы ядерной физики. Люди начали понимать, как это работает, и среднестатистический элемент прометий уже не воодушевлял их так, как тяжелые элементы – плутоний и уран. А уж что говорить о самом знаменитом «порождении» этих элементов – атомной бомбе.

Утром одного дня 1939 года молодой физик, учившийся в Калифорнийском университете в городе Беркли, решил постричься и уселся в пневматическое парикмахерское кресло в студенческом клубе. Неизвестно, о чем беседовали в тот день парикмахер со студентом – возможно, об этой сволочи Гитлере или о том, выиграют ли «Янки» Мировую бейсбольную серию в четвертый раз подряд. Так или иначе, этот студент – молодой Луис Альварес, которому много позже предстояло выдвинуть теорию о вымирании динозавров, – о чем-то болтал с парикмахером, а тем временем пролистывал номер San Francisco Chronicle. В рубрике новостей телеграфного агентства он прочитал об экспериментах, которые Отто Ган проводил в Германии. Эксперименты заключались в исследовании ядерного распада – точнее, расщепления атома урана. Кто-то из друзей вспоминал, что Альварес вдруг отстранил руку парикмахера с машинкой, сорвал с себя покрывало и ринулся в лабораторию, где немедленно настроил счетчик Гейгера и поспешил за образцами облученного урана. Совершенно не стесняясь своей недостриженной шевелюры, Альварес стал громко звать всех, кто был поблизости, чтобы продемонстрировать им открытое Ганом явление.

Анекдот об Альваресе забавен, но он к тому же отлично характеризует то состояние, в котором находилась к концу 1930-х ядерная физика. Ученые все лучше понимали, как ведут себя атомные ядра, пусть прогресс и был очень медленным. И вдруг в результате одного открытия произошел прорыв. Мозли сформулировал строгое обоснование для науки, изучавшей атомы и ядра, и в 20-е годы XX века в этой области трудилось множество очень талантливых людей. Тем не менее научный поиск оказался сложнее, чем можно было предположить. Частично в этом был виноват сам Мозли. Его работа показала, что отдельные изотопы, например свинец-204 и свинец-206, обладают одинаковым положительным зарядом, но разной атомной массой. В мире, знавшем лишь о существовании протона и электрона, ученым оставалось лишь выдвигать нескладные гипотезы. Например, предполагалось, что положительные протоны могут «проглатывать» отрицательные электроны, как Пакман[54]. Кроме того, для понимания взаимодействий субатомных частиц ученым пришлось изобрести новый математический аппарат – квантовую механику. Потребовались многие годы, чтобы понять, как законы квантовой механики объясняют строение даже простейших изолированных атомов водорода.

Тем временем физики активно разрабатывали и смежное научное поле, изучая явления радиоактивности, заключающегося в распаде атомов. Любой «традиционный» атом мог отдавать или красть электроны. Но самые дальновидные ученые – например, Эрнест Резерфорд и Мария Кюри – также осознали, что ядра некоторых редких элементов могут изменяться, распыляя своеобразную «атомную шрапнель». Одна из особых заслуг Резерфорда заключается в том, что он смог классифицировать эту «шрапнель» и выявить три ее основных типа, названных по первым буквам греческого алфавита. Это были альфа-частицы, бета-частицы и гамма-лучи. Гамма-лучи – это самый простой и наиболее смертоносный продукт ядерного распада. Они возникают, когда атом испускает концентрированные рентгеновские лучи. Сегодня гамма-излучение – одна из известнейших научных страшилок. Первые два типа радиоактивности связаны с превращением одних элементов в другие – в 1920-е годы этот процесс очень волновал научные умы. Но каждый элемент проявляет свойство радиоактивности особым образом, так что глубинная природа альфа– и бета-распада озадачивала физиков, которые все менее уверенно представляли себе и строение изотопов. «Пакмановская[55]» модель казалась все более несостоятельной, а некоторые отчаянные физики даже полагали, что единственный способ как-то разобраться с непостижимым множеством изотопов – отказаться от периодической системы.