Страница 12 из 28
Радиоактивность была областью исследований, еще не получившей достаточного внимания в университете, но открытие мезотория, сделанное в 1907 году, вызвало большой интерес со стороны промышленных предприятий. Химически этот элемент был сходен с радием, но его производство обходилось значительно дешевле. Мезоторий обладает рядом интересных характеристик, и благодаря своему открытию Ган получил некоторую известность в стране. Позже выяснилось, что все три открытых им элемента — радиоторий, радиоактиний и мезоторий — в действительности являются изотопами уже известных веществ.
ИССЛЕДОВАНИЕ БЕТА-ИЗЛУЧЕНИЯ
Мейтнер и Ган встретились впервые в Берлинском университете в конце 1907 года. С первого момента они прекрасно поняли друг друга, так что Ган сразу же предложил Лизе работать в химическом институте вместе с ним. Однако на это нужно было испросить разрешения директора Фишера. Тот поначалу сопротивлялся идее Гана, так как нормы университета запрещали женщинам присутствовать в здании, да и он сам хотел бы воздержаться от совместной работы в лаборатории с женщиной. Наконец он уступил и позволил Мейтнер работать в институте — при условии, что их лаборатория будет находиться в подвале, в помещении, где до этого была столярная мастерская. Мейтнер запрещалось входить в основное здание, даже туалетной комнатой ей приходилось пользоваться в соседнем отеле. «Мне пришлось пообещать, что я не буду входить в химический институт, где работали студенты-мужчины и Ган ставил свои химические опыты», — рассказывала она впоследствии.
В те дни женщинам было запрещено работать в институте. Когда я предложил Эмилю Фишеру принять Лизу Мейтнер, чтобы она работала со мной в столярной мастерской в подвале института, [...] он просил ее, чтобы она не входила в учебные аудитории, так как это стало бы плохим прецедентом.
Отто Ган
По утрам Мейтнер приходила на занятия в университет как слушатель — это было основной причиной ее пребывания в Берлине. Ган, в свою очередь, в течение рабочего дня занимался подготовкой к открытию отдела радиохимии института.
В их полном распоряжении для экспериментов оставались только вечера.
Отношения между исследователями всегда были дружескими и очень уважительными. В течение многих лет они обращались друг к другу на «вы», не встречались за стенами лаборатории и никогда не обедали вместе во время работы. Однако, несмотря на некоторую отдаленность, Ган считал, что они были «очень хорошими друзьями», а Мейтнер всегда вспоминала об этом периоде с теплотой, говоря об искреннем расположении Гана, а также о «его любезности и увлеченности музыкой». Ган обладал невероятной музыкальной памятью и часто во время трудоемких экспериментов насвистывал симфонии Бетховена и Чайковского. Экстраверт Ган и застенчивая Лиза Мейтнер хорошо дополняли друг друга.
В ПОДВАЛЕ
Оборудование в их лаборатории было очень простым: три электроскопа, сконструированные по образцу моделей, используемых Резерфордом. Эти аппараты нужны были для измерения и учета различных излучений при радиоактивных процессах. Первой большой целью ученых стало исследование бета-излучения, и они проанализировали этот тип испускания частиц для всех известных элементов. В результате в журнале Physikalische Zeitschrift была опубликована первая совместная статья Гана и Мейтнер под заголовком «О поглощении бета-лучей разных радиоэлементов». Если Ган был одержим идеей открытия новых элементов, то для Мейтнер более интересным казалось «распутывать излучения». В последующие два года они опубликовали восемь статей в том же журнале.
В следующем 1908 году Резерфорд получил Нобелевскую премию по химии за открытия в области радиоактивности, и это вызвало рост интереса исследователей к этой сфере. Ган и Мейтнер замечали, что их все больше принимают всерьез, их работы привлекают все большее внимание и признание коллег. Резерфорд, отправившийся за Нобелевской премией в Стокгольм, по дороге заехал в Германию, к своему ученику Гану, и познакомился с Мейтнер, о достижениях которой уже был наслышан.
Неустанная работа двух ученых приносила все новые плоды, такие как обнаружение в 1908 году нового радиоэлемента — актиния С. Для более полного анализа бета-излучения они начали применять мощный магнит, чтобы отклонять потоки частиц и измерять их электрический заряд. В этот период Мейтнер обнаружила и экспериментально доказала радиоактивную отдачу — этот эффект ранее предсказал Резерфорд, но сам он его не обнаружил. Ядро радиоактивного атома, испуская альфа-частицу, испытывает откат назад — словно в результате отдачи после выстрела из ружья.
А я думал, что вы мужчина!
Эрнест Резерфорд при личном знакомстве с Мейтнер
В этот период, наполненный интенсивной работой и исследованиями, Мейтнер завязала дружбу с некоторыми учеными и студентами, которые собирались в доме Макса Планка. Тогда же она познакомилась с Эвой фон Бар-Бергиус, шведской исследовательницей, работавшей вместе с немецким физиком Генрихом Рубенсом (1865-1922). Как мы уже говорили, Эва стала близкой подругой Мейтнер, поддерживавшей ее в самые трудные периоды жизни. Раз в неделю Лиза посещала семинары с участием таких ученых, как Планк и Эйнштейн, на которых обсуждались эксперименты, исследования, открытия. Как вспоминала Мейтнер, «эти беседы были настоящим центром интеллектуальной работы». Она оказалась в эпицентре развития науки своего времени.
Ган неоднократно обращался к Резерфорду с просьбой отправить ему образцы радиоактивных элементов, чтобы продолжать работу. Однажды почтальон подошел к бывшей мастерской и ничего еще не успел сказать, как появилась Мейтнер и воскликнула: «А, вы принесли мне пакет от Резерфорда». Удивленный почтальон посмотрел на пакет и убедился, что отправитель — действительно Резерфорд. Все много шутили над интуицией Мейтнер, хотя этот эпизод имел простое объяснение: в пакете находились радиоактивные вещества, а приборы в лаборатории Лизы улавливали присутствие радиации, поэтому Мейтнер нетрудно было угадать имя отправителя.
БЕТА-РАСПАД
Мейтнер и Ган сконцентрировали свои усилия на изучении бета-распада. Об этом явлении было известно с 1899 года, когда Резерфорд показал его отличие от альфа-излучения. В том же году Мария Кюри предположила, что излучение состоит из частиц. Но это необходимо было подтвердить. На бета-излучение воздействовали магнитным полем, чтобы доказать: поле меняет траекторию лучей, а значит, частицы, их составляющие, несут определенный электрический заряд. Используя источник радиации (такой как радий) и фосфоресцирующие экраны для обнаружения гамма-лучей, в октябре 1899 года Фридрих Гизель увидел, что при изменении полюсов магнита точки воздействия на экран смещаются. Следовательно, бета-излучение состоит из частиц. На следующем этапе Беккерель установил, что эти частицы — электроны.
Другие открытия
История бета-распада на этом не оканчивается. В 1928 году британский физик Поль Дирак (1902-1984) предсказал существование частицы, имеющей такую же массу, как электрон, но противоположный заряд, поэтому частицу назвали позитроном. Через четыре года американский физик Карл Дейвид Андерсон (1905-1991) открыл присутствие позитронов в космических лучах. Благодаря туманной камере он увидел, что под действием магнитного поля позитроны описывают траекторию, идентичную траектории электронов, поскольку масса частиц совпадала, но направление движения было противоположным, как и их заряды. Кроме того что была подтверждена гипотеза Дирака, почти сразу стало понятно, что эта частица связана с бета-распадом. Фредерик Жолио и Ирен Кюри начали бомбардировку алюминиевой пластины альфа-частицами и увидели, что под их действием алюминий превратился в радиоактивный изотоп фосфора. Так эта пара французских ученых открыла не только возможность искусственной радиоактивности, но и установила, что при этом возникает большое количество позитронов. Бета-распад вызывал не только появление электронов, но и новых частиц. Это означало, что имелось два типа бета-распада: р-, когда испускался электрон, и р+, когда испускался позитрон. В истории бета-распада должны были появиться новые открытия. Австрийский физик Вольфганг Паули (1900-1958) заметил, что при бета-распаде происходят странные явления. После испускания электрона ядро не возвращалось к прежнему состоянию в направлении, противоположном импульсу, полученному электроном, и это со всей очевидностью доказывало, что не сохранялись ни импульс, ни энергия. В письме, которое он направил на физический симпозиум в 1930 году, был сделан прогноз относительно того, что для решения данной проблемы в процессе должна быть задействована новая частица, которую до сих пор никто не мог обнаружить. По мнению Паули, эта частица практически не имела массы и совсем не имела энергии. Когда в 1932 году состоялось открытие нейтрона, решили, что Паули говорил не о нем, поскольку нейтрон был достаточно массивен. Для того чтобы отличать предполагаемую частицу от нейтрона, итальянский физик Энрико Ферми (1901-1954) предложил название «нейтрино». Нейтрино были открыты в 1956 году, когда американские физики Клайд Коуэн (1919-1974) и Фредерик Райнес (1918-1998) обнаружили при проведении опыта миллиарды этих частиц. Исследования бета-распада были завершены, когда ученые установили, что при р~ испускалось одно антинейтрино, и р+ — одно нейтрино.