Помоги проекту - поделись книгой:
Альберт Эйнштейн и Вольфганг Паули
(Pauli Archive, CERN)
За три года работы под руководством Зоммерфельда Паули защитил докторскую диссертацию в области квантовой механики. Затем по просьбе Зоммерфельда он подготовил обзорную статью по теории относительности для «Энциклопедии математических наук». Эта 240-страничная «статья» была позже опубликована как монография. Эйнштейн, прочитав шедевр Паули, восторженно отозвался о его труде: «Тот, кто будет читать эту зрелую и тщательно продуманную работу, вряд ли поверит, что ее автору всего 21 год. Не известно, чему следует удивляться больше: глубокому психологическому пониманию хода развития идей, безупречности математических выводов, глубокому проникновению в физическую сущность явлений, способности ясно и систематически излагать предмет, литературной эрудиции, полноте изложения, уверенности критика».
Вскоре Паули стал переписываться с ведущими физиками со всей Европы. Письма, которые он шутливо подписывал «Бич Божий», отличались остроумием и сарказмом, а также бескомпромиссной критикой.
Коллеги рассказывали, что Паули любил говаривать «Это не только неправильно, это даже не дотягивает до ошибочного!», развенчивая теории, которым явно не хватало строгости и проверяемых гипотез. Однажды, когда Эйнштейн выступил в Берлине с лекцией по теории относительности, маститые профессора, присутствовавшие в аудитории, несколько смутились – никто не решался первым задать вопрос. Тут поднялся Паули и беззастенчиво заявил: «То, что рассказал нам профессор Эйнштейн, не так уж и глупо, как может показаться на первый взгляд». В другой раз Паули сделал такое множество замечаний по поводу лекции, прочитанной Паулем Эренфестом (этот голландский физик был на 20 лет старше Паули), что сам Эренфест сказал ему: «Ваши статьи нравятся мне гораздо больше, чем вы сами!» Паули парировал: «Странно. Мои чувства к вам прямо противоположны!» Позже Паули и Эренфест стали друзьями, но не упускали случая обменяться колкостями. Разумеется, ершистый Паули многим не нравился, но он снискал уважение коллег не только за блестящий интеллект, но и за честность и прямоту. Ученые считали Паули «совестью физики» и часто интересовались «А что по этому поводу думает Паули?», когда знакомились с теми или иными новыми идеями.
Паули провел немало времени в Гёттингене и Копенгагене, где работал вместе с другими великими физиками, а затем стал научным сотрудником в университете Гамбурга. Работая в Гамбурге, 25-летний Паули сформулировал знаменитый принцип квантовой механики («принцип запрета»), который сегодня носит его имя. Принцип Паули критически важен не только для понимания свойств целого класса субатомных частиц, известных под общим названием «фермионы» (к которым относятся электроны, протоны и нейтроны), но также для описания внутренней организации звезд. Принцип Паули гласит, что никакие два фермиона в пределах одной квантовой системы не могут в один и тот же момент пребывать в одинаковом «квантовом состоянии» – то есть не могут обладать одинаковым спином и энергией. В субатомном мире этот принцип обусловливает структуру электронных оболочек внутри атомов: на одном и том же энергетическом уровне могут находиться не более двух электронов с одинаковым спином, поэтому другим электронам приходится заполнять новые энергетические уровни. В космическом масштабе принцип Паули объясняет, почему возникают белые карлики (сверхплотные звездные). В белый карлик превращаются такие звезды, как Солнце, когда они израсходуют все свое ядерное топливо и начинают сжиматься. Материя в белых карликах сжата настолько сильно, что на каждом энергетическом уровне уже сидит по паре электронов. После достижения такого предела сила гравитации уже не может сжать белый карлик еще сильнее (по крайней мере без радикального увеличения массы этого небесного тела), поэтому белый карлик не превращается в черную дыру. За открытие принципа запрета Паули спустя 20 лет получил Нобелевскую премию по физике, поскольку этот принцип позволяет объяснить самые разнообразные физические явления.
На рубеже 30 лет в жизни Паули наступил неспокойный период. Его отец, давно прослывший бабником, бросил мать Паули ради молодой женщины, которая была просто отвратительна самому Вольфгангу. Вскоре после разрыва с мужем мать Паули свела счеты с жизнью, приняв яд. Отцовская измена и трагическая смерть матери надломили Паули. Однако в тот же месяц, когда молодой человек потерял мать, он получил и хорошую новость: ему предложили должность профессора в Швейцарской высшей технической школе Цюриха, несмотря на то что Паули был известен как посредственный лектор. Он прибыл в Цюрих в апреле 1928 г., чтобы занять этот престижный пост. По словам самого Паули, он был «одет как турист, с рюкзаком за спиной».
Правда, на новом месте Паули так и не воспрял духом. Исследования не ладились, он даже подумывал завязать с физикой и взяться за написание утопического романа. Разочарованный Паули жаловался в одном из писем Бору, что проблема заключалась совсем не в нехватке времени на научные исследования: «Я просто туп и ленив. Эх, если бы кто-нибудь ежедневно давал мне встряску! Но с тех пор, как делать это стало некому, приходится изыскивать другие средства, чтобы оживить интерес к физике». Возможно, Паули не мог сосредоточиться на работе, так как его расхолаживала вольготная жизнь в Цюрихе: он плавал в озере, обедал в дорогих ресторанах, посиживал с коллегами в пивных, общался с известными адвокатами, писателями и деятелями искусств. После такой передышки, продлившейся несколько месяцев, Паули удалось завершить в соавторстве с Гейзенбергом две важные научные работы по теории квантовой электродинамики, описывающие взаимодействие света и материи.
Именно тогда Паули влюбился в Кэти Деппнер, с которой познакомился на вечеринке у одного из друзей. Вольфганг впервые повстречал Кэти несколькими годами ранее, будучи в Берлине. В Швейцарии между ними вспыхнула бурная страсть, уже в декабре 1929 г. они поженились. Однако этот роман с самого начала был обречен. Еще до брака с Паули Кэти увлеклась другим мужчиной, а после свадьбы отказалась порвать с любовником. Паули знал об интрижке и пытался как-то с этим ужиться. Он шутил, что женился «кое-как», и обещал друзьям, что всем разошлет письменные уведомления, если его супруга все-таки сбежит с любовником. Этот мезальянс просуществовал около года, после чего ожидаемо последовал развод. Паули, сокрушенный и опечаленный, жаловался, что любовь всей его жизни предпочла ему посредственного химика. «Да был бы это хотя бы тореадор – кто-нибудь настолько привлекательнее меня! А тут – какой-то химик…» – сетовал он.
Правда, несмотря на неурядицы в личной жизни, Паули сумел вновь сосредоточиться на науке и восстановить творческий подход к работе. Из всех животрепещущих научных проблем в тот период его наиболее волновал хаос, который царил в ядерной физике. К 1930 г. теория квантовой механики уже пользовалась безоговорочным авторитетом, причем благодаря этой теории удалось достичь ошеломляющих успехов. Но сохранялась одна заковыристая проблема: физики заметили, что всякий раз, когда радиоактивный атом теряет электрон, часть высвобождаемой при этом энергии куда-то девается. Это противоречило фундаментальному физическому закону сохранения энергии: количество исходящей энергии должно быть равно количеству затраченной. Такое несоответствие озадачивало многих ведущих ученых, в том числе Паули, так как указывало на принципиальный изъян в понимании квантовой физики.
Вся эта история началась еще в 1896 г., когда французский физик Анри Беккерель совершенно случайно открыл явление радиоактивности. Беккерель оставил в выдвижном ящике несколько фотопластинок, нечаянно положив рядом с ними образцы солей урана. Через несколько дней он с удивлением обнаружил на фотопластинках пятна, как будто они были засвечены. Беккерель догадался, что соли урана испускают какое-то неизвестное излучение. Ученый поставил несколько уточняющих опытов и выяснил, что такое излучение действительно существует, причем является неотъемлемым свойством урана. Любопытная находка Беккереля заинтересовала многих ученых. В те годы в Кембридже работал Джозеф Томсон – первооткрыватель электрона. Он рассказал об открытии Беккереля своему аспиранту Эрнесту Резерфорду и посоветовал обратить внимание на это явление. Резерфорд приехал в Англию из пасторальной Новой Зеландии. Он был четвертым из 12 детей в простой крестьянской семье, что не помешало ему блестяще учиться в университете. Кстати, Резерфорд экспериментировал с радиоприемником примерно в тот же период, что и Маркони[9]. Получив именной грант, Резерфорд перебрался в Англию, где намеревался подготовить докторскую диссертацию на тему радиоволн под руководством Томсона. Действительно, живо заинтересовавшись открытием Беккереля – а также, вероятно, зная о скептическом мнении известного физика лорда Кельвина, считавшего, что «у радио нет будущего», – Томсон порекомендовал Резерфорду исследовать этот новый вид излучения.
Резерфорд приступил к систематическому изучению беккерелевских «урановых лучей». Для этого он поставил ряд хорошо продуманных экспериментов. Он оборачивал уран в алюминиевую фольгу, постепенно увеличивая количество таких оберток. Резерфорд пришел к выводу, что уран испускает как минимум два типа лучей. Первый тип лучей, которые он назвал «альфа-излучением», не мог проникнуть даже через лист тонкой алюминиевой фольги. Лучи второго типа, «бета-излучение», пробивали защитный слой в 100 раз толще. Французский физик Поль Виллар, экспериментируя с солями радия, в 1900 г. открыл и третий тип излучения. Естественно, это явление было названо «гамма-излучением» – по третьей букве греческого алфавита.
Тем временем в Париже Пьер и Мария Кюри также заинтересовались лучами, которые открыл Беккерель. Пьер Кюри, выросший во французской столице, получил домашнее образование – в основном от отца, который был врачом. Окончив физический факультет в Сорбонне, Кюри стал преподавателем физики в этом университете. Вместе с братом он ставил эксперименты, связанные со сжатием кристаллов, – Кюри обнаружил, что таким образом можно генерировать электричество. Позже Кюри исследовал явление магнетизма, посвятив этой проблеме свою докторскую диссертацию; в частности, он открыл, что магнитные свойства веществ изменяются в зависимости от температуры. Мария (в девичестве Склодовская) родилась в польской преподавательской семье и стремилась во что бы то ни стало получить высшее образование. Еще подростком она посещала тайную школу для девушек, организованную польскими патриотами, несмотря на то что власти царской России запрещали подобную деятельность[10]. Позже она работала гувернанткой в богатых варшавских семьях, помогая таким образом сестре оплачивать обучение в парижском медицинском институте.
В возрасте 24 лет Мария сама смогла перебраться в Париж и поступить в Сорбонну. Один из преподавателей Марии познакомил ее с Пьером Кюри; вскоре Мария и Пьер не только отлично сработались, но и полюбили друг друга. В одном из писем к Марии Пьер признавался: «Как было бы прекрасно (об этом я не смею даже думать) вместе пройти по жизни, мечтая: Ваша патриотическая мечта, наша гуманитарная мечта и наша научная мечта. Из всего этого единственная мечта, которая, я верю, может осуществиться, связана с наукой». Сначала Мария отказывалась выйти замуж за Пьера, но наконец согласилась, и они поженились в 1895 г. Это был крепкий союз. Мария писала: «Нас с мужем так тесно связывала наша взаимная страсть и общая работа, что мы практически все время проводили вместе».
Супруги Кюри предложили термин «радиоактивность» в качестве наименования феномена, открытого Беккерелем, и стали искать другие вещества, также обладающие подобными свойствами. Занимаясь лабораторными исследованиями, Кюри установили, что минерал настуран содержит еще два ранее неизвестных элемента, которые еще более радиоактивны, чем уран. Один из этих элементов они назвали «полоний» в честь Польши – родины Марии Кюри, а второй – «радий». Радий давал такое сильное излучение, что даже был теплым на ощупь. Кюри выяснили, что радиоактивность присуща отнюдь не только урану, а также доказали, что некоторые химические элементы выделяют энергию спонтанно, без какого-либо внешнего воздействия.
К сожалению, Пьер и Мария даже не подозревали, каким пагубным является длительное воздействие радиации на организм. Мария Кюри часами работала с радиоактивными веществами в тесном сарае, носила в карманах пробирки с радиоактивными образцами. Она вспоминала: «Мы любили поздним вечером еще раз заглянуть в лабораторию, чтобы побаловать себя фантастическим зрелищем. Повсюду виднелись слабо светящиеся очертания пробирок и мешочков, в которых находились наши препараты. Вид и впрямь был великолепный, всякий раз он казался нам новым. Тлеющие трубки походили на волшебные огоньки». Мария совершенно не подозревала, насколько губительна подобная забава. Вероятно, именно из-за поражения радиацией Мария Кюри умерла, не дожив до 67 лет.
Опираясь на исследования Пьера и Марии Кюри, Резерфорд и его коллеги пришли к выводу, что альфа-лучи состоят из сравнительно тяжелых положительно заряженных частиц. Позже выяснилось, что альфа-частицы действительно являются осколками крупных атомных ядер и каждая такая частица состоит из двух протонов и двух нейтронов, тесно связанных между собой. Иными словами, альфа-частица – это фактически ядро гелия, очень легкого газа, стоящего в таблице Менделеева под номером 2 – сразу после водорода. Таким образом, физики установили, что, когда нестабильное ядро тяжелого элемента, например урана, испускает альфа-частицу, оно в результате превращается в ядро уже другого, чуть более легкого элемента. Опыты супругов Кюри показали, что бета-лучи, в свою очередь, заряжены отрицательно. Анри Беккерель и немецкий физик Вальтер Кауфман выяснили, что бета-лучи состоят из электронов. Спустя еще несколько лет физики открыли, что гамма-лучи – самый проникающий вид радиоактивного излучения – это особые электромагнитные лучи, напоминающие рентгеновские и несравнимо более высокоэнергетические, чем видимый свет.
Сегодня физики уже знают, что радиоактивность как таковая отлично иллюстрирует справедливость самого знаменитого уравнения, красующегося даже на футболках и кофейных кружках:
При исследовании альфа-распада и гамма-излучения у физиков без проблем сходился баланс энергий. Однако с бета-распадом такого не получалось. Претерпевая бета-распад, ядро, очевидно, теряло всего одну частицу – электрон. Сложность заключалась в том, что энергия электрона при этом всякий раз получалась разной – это несоответствие в 1914 г. обнаружил британский физик Джеймс Чедвик. Иногда электрон обладал очень малой энергией, в других случаях – значительной. Более того, лабораторные измерения Чедвика, позже подтвержденные другими физиками, свидетельствовали, что показатели энергии электрона, покидающего атом, образуют непрерывный спектр с четко прослеживаемым максимальным значением. Что бы это значило? Согласно закону сохранения энергии при каждом акте бета-распада свободный электрон должен был обладать строго определенной энергией. Некоторые ученые задумывались, соответствует ли максимальный показатель из вышеупомянутого спектра истинному значению энергии, высвобождаемой при бета-распаде, поскольку ничтожная доля этой энергии куда-то исчезала. Очевидно, наука столкнулась с каким-то неизвестным явлением.
Проблема, касающаяся бета-распада, оказалась такой неподатливой и трудноразрешимой, что сам Нильс Бор, патриарх квантовой физики, предлагал вообще отбросить священный для науки закон сохранения энергии. В качестве довольно неуклюжего выхода из сложившегося кризиса Бор в 1930 г. предположил, что закон сохранения энергии может давать сбои в субатомном мире, но лишь в некотором усредненном, статистическом смысле. На одной из лекций, прочитанных в Лондоне, Бор сказал: «Можно утверждать, что мы не обладаем никакими аргументами, как теоретическими, так и эмпирическими, в пользу соблюдения закона сохранения энергии и в случае бета-распада; более того, попытки трактовать бета-распад в контексте этого закона вызывают многочисленные осложнения». Бор, разумеется, признавал, что «решительный отказ от принципа сохранения энергии может повлечь самые невероятные последствия», но настаивал, что «несмотря на значительный прогресс, достигнутый в последнее время в теории атомного ядра, мы по-прежнему должны быть готовы к новым неожиданностям».
Паули и многие другие физики скептически воспринимали предложение Бора, не желая «браковать» закон сохранения энергии. «Вы и дальше собираетесь третировать несчастный закон сохранения энергии?» – подначивал Паули Бора в одном из писем. Конечно, Паули не был бы собой, если бы ограничился только лишь этим, так что не преминул поддеть Бора и в другой раз: «Допустим, кто-то одолжил у вас большую сумму денег и обещал отдать долг частями. Если бы после этого вы неоднократно договаривались об уплате очередной суммы в счет долга, а должник не являлся бы на встречу – вы бы решили, что это статистическая ошибка или что тут что-то нечисто?»
Действительно, даже под грузом личных неурядиц Паули долго и напряженно размышлял о том, как выйти из затруднительного положения, в которое попали физики, изучая бета-распад. Наконец, он нашел оригинальное решение. Паули предположил, что ученые в самом деле что-то упускают. Возможно, речь шла о какой-то неуловимой частице, убегающей с места бета-распада и уносящей с собой «недостающую» долю энергии. Паули вычислил, что гипотетическая частица, которая позволяла бы сбалансировать исходный и конечный электрические заряды, наблюдаемые при бета-распаде, должна быть нейтральной и весить меньше электрона. Воодушевившись этой идеей, Паули задумал поделиться ею с ведущими европейскими физиками и решил, что это будет удобно сделать на конференции, которая должна была состояться в немецком городе Тюбинген в начале декабря 1930 г. Правда, сам Паули не хотел пропускать цюрихский зимний бал, поэтому предпочел написать письмо коллегам в Тюбинген.
Паули написал это письмо, которое впоследствии стало знаменитым, всего через восемь дней после оформления развода. Он обратился к читателям так: «Уважаемые радиоактивные дамы и господа!»[11] В этом письме Паули объявил, что «предпринял отчаянную попытку спасти… закон сохранения энергии». Он писал: «Имеется возможность того, что в ядрах существуют электрически нейтральные частицы, которые я буду называть нейтронами», на основании чего сделал следующий вывод: «Непрерывный бета-спектр тогда стал бы понятным, если предположить, что при распаде вместе с электроном испускается еще и нейтрон таким образом, что сумма энергий нейтрона и электрона остается постоянной».
Гипотеза Паули без всякого преувеличения была исключительно дерзкой, и он сознавал, насколько отчаянный поступок совершает. В те годы физикам было известно всего о трех элементарных частицах: протоне, электроне и фотоне. Попытка выдумать совершенно новую частицу, якобы «пока еще не обнаруженную», для решения нетривиальной научной проблемы могла показаться коллегам глупой отговоркой. Далее в письме говорилось следующее: «Пока я не решаюсь публиковать что-нибудь по поводу этой идеи. Полагаю, мое объяснение на первый взгляд может показаться маловероятным, поскольку если бы нейтроны действительно существовали, то кто-нибудь их бы, наверное, заметил. Но кто не рискует – тот не побеждает. Тяжесть положения при рассмотрении непрерывного бета-спектра становится особенно яркой после слов профессора Дебая, сказанных мне с сожалением во время нашей беседы в Брюсселе: “Ох, лучше не думать обо всем этом… как о новых налогах”. Следовательно, необходимо серьезно обсудить любой путь к спасению. Итак, уважаемый радиоактивный народ, рассматривайте и судите сами».
Завершая письмо, Паули объяснил свое отсутствие на конференции так: «К сожалению, я сам не могу появиться в Тюбингене, так как предстоящий в Цюрихе бал в ночь с 6 на 7 декабря лишает меня этой возможности». Действительно, бал давали в роскошном отеле Baur au Lac, откуда открывался вид на озеро и Альпы, и это событие было настоящей жемчужиной светского цюрихского календаря, распланированного на всю зиму. Вероятно, Паули желал во что бы то ни стало побывать на этом вечере, чтобы поскорее забыть о разводе. Удивительно, что при всей своей самоуверенности Паули серьезно сомневался, имел ли он право высказать такую идею в области субатомной физики. «Я совершил ужасный поступок. Заявил о существовании частицы, которую невозможно обнаружить. Физик-теоретик не имеет права делать что-либо подобное», – признавался он в письме немецкому астроному Вальтеру Бааде.
Следующим летом Паули побывал в США, где выступил с лекциями в нескольких городах. На конференции, состоявшейся в Пасадене, штат Калифорния, он впервые публично выступил с рассказом о своей гипотетической частице. «Правда, на тот момент тема по-прежнему казалась мне довольно сомнительной, я не хотел, чтобы мой доклад печатали», – вспоминал он впоследствии. Однако новость о его выступлении распространилась быстро, не в последнюю очередь благодаря статье, опубликованной в номере
В ходе лекционного турне Паули продолжал размышлять об этой гипотетической частице и обсуждать ее с коллегами, но в то же время не мог отвлечься от тяготивших его проблем. Несмотря на сухой закон, который действовал в то время в США, Паули умудрялся разжиться в дороге нелегальным алкоголем. Особенно основательно он запасся спиртным в городе Анн-Арбор, штат Мичиган, расположенном неподалеку от канадской границы. Регулярно злоупотребляя горячительными напитками в тот период, на одной домашней вечеринке он даже упал с лестницы, прокатившись через целый пролет. Он жаловался: «Недавно (признаться, будучи немного навеселе) я так неудачно свалился с лестницы, что даже сломал плечо. Теперь вот лежу в постели, жду, пока кости срастутся. Скука смертная». Сохранилась фотография с одной из лекций, где Паули выступал с недолеченной рукой – на снимке хорошо заметен механический стержень, фиксирующий сустав ученого. В целом путешествие очень понравилось Паули, хотя он и сетовал о пуританских нравах американцев и о «никудышной» пище, которой его потчевали в Калифорнийском технологическом институте. Кроме того, он с горечью отзывался о пустоте в своей личной жизни: «Ничего у меня с барышнями не клеится. Думаю, ловить мне с ними нечего, – писал он другу, сидя в номере нью-йоркского отеля, – так что, боюсь, придется с этим жить, как бы тяжело порой ни было. Мне кажется, что дальше я буду только стареть и погрязать в одиночестве. Вечное одиночество – как же это скучно».
Из Америки Паули отправился в Италию на еще одну конференцию по ядерной физике. Именно там он познакомился с Энрико Ферми – харизматичным молодым профессором из Римского университета. Ферми родился в 1901 г. в семье железнодорожного служащего и учительницы, был младшим их трех детей. Уже в детстве Энрико проявлял математические способности. У него сложились особенно близкие отношения с братом Джулио; мальчишки любили вместе мастерить самодельные электромоторы и другие игрушки. Поэтому неожиданная смерть Джулио (он умер, казалось бы, при пустяковой операции на горле) стала для Энрико тяжелым ударом. Его безутешная мать впала в глубокую меланхолию, а Энрико, которому едва исполнилось 14 лет, стал еще более замкнутым, чем ранее. Он погрузился в чтение учебников по физике, которые покупал на книжном развале. Один из коллег отца заметил склонность парня к науке и посоветовал ему поступать в Высшую нормальную школу[12]. Всего через четыре года после поступления Ферми не только окончил полный курс университета, но и написал докторскую диссертацию. Лаура Ферми в своей книге «Атомы у нас дома»[13] (Atoms in the Family) рассказывает, что защита диссертации Энрико проходила довольно напряженно: «Одиннадцать экзаменаторов в черных тогах и четырехугольных шапочках торжественно и важно заседали за длинным столом. Ферми, сам в черной тоге, стоял перед ними, спокойно и уверенно рассказывая о своей работе. Сначала экзаменаторы слушали, потом одни начали зевать, прикрывая рот рукой, другие в недоумении поднимали брови, кое-кто откинулся в кресле и вовсе перестал слушать. По-видимому, эрудиция Ферми оказалась выше их понимания. Ферми получил свою степень
Получив государственную стипендию, Ферми смог отправиться в Германию и Нидерланды, чтобы поработать с великими физиками того времени. В 26 лет Ферми был приглашен в Римский университет на должность профессора, после чего быстро сплотил вокруг себя группу талантливых студентов. Многие из них впоследствии сами оставили заметный след в физике – в частности, Бруно Понтекорво и Этторе Майорана, о которых мы подробнее поговорим позже. Коллеги прозвали Ферми «Папа», поскольку он был прирожденным лидером и казался непогрешимым.
Ферми был очень заинтригован оригинальной разгадкой бета-распада, предложенной Паули. Как вспоминал сам Паули, итальянец «сразу же неподдельно заинтересовался моей идеей и очень положительно воспринял гипотезу о существовании новой элементарной частицы». Ферми, как и Паули, считал неприемлемым предложение Бора отказаться от закона сохранения энергии, поскольку это подорвало бы самые основы физики. В следующем году Джеймс Чедвик открыл в атомном ядре ранее неизвестную нейтральную элементарную частицу. Однако она имела практически такую же массу, как и протон, – то есть была слишком тяжелой по сравнению с гипотетической частицей Паули. Поскольку Чедвик назвал открытую им частицу словом «нейтрон» (именно этим термином Паули ранее именовал «свои» крошечные частицы), Ферми предложил называть частицы Паули новым словом – «нейтрино». Этот термин можно перевести с итальянского как «нейтрончик». Новое слово прижилось.
Тем временем в Цюрихе Паули продолжал безудержно пить, курить и увиваться за женщинами. Он то и дело засиживался в барах, дрался, ссорился с коллегами. У Паули случались резкие перепады настроения, к концу 1931 г. он оказался на грани нервного срыва. По совету отца Паули обратился за консультацией к прославленному психоаналитику Карлу Юнгу. Он читал работы Юнга, посещал его лекции и, наконец, договорился о встрече с этим знаменитым врачом. Вот как Юнг описывал свою первую встречу с Паули: «Когда этот убежденный рационалист [Паули] … впервые пришел ко мне на прием, он был в такой панике, что не только он, но даже я сам чувствовал, как будто в комнате витает дух сумасшедшего дома». Отношения с женщинами у Паули не складывались, поэтому он очень удивился предложению Юнга, который посоветовал гостю пройти курс психотерапии у Эрны Розенбаум – одной из молодых учениц великого психолога. Паули согласился, полагая, что «попытка не пытка». На протяжении нескольких следующих месяцев он рассказал Розенбаум сотни своих снов – на психотерапевтических сеансах и в письмах. Их общение продолжалось, даже когда Эрна переехала из Цюриха в Берлин. Позже Юнг сам занялся лечением Паули. Паули посещал сеансы Юнга на протяжении двух лет; в эти годы психолог и физик напряженно работали – Паули описывал Юнгу свои сны, порой в мельчайших подробностях, а Юнг, в свою очередь, давал развернутый анализ содержащихся в них мотивов и символов.
В 1933 г. Паули познакомился с Франциской Бертрам – образованной молодой немкой, которая уже успела объездить весь мир, а на тот момент работала антрепренером русского оркестра в Цюрихе. В следующем году Вольфганг и Франциска поженились и прожили в этом браке всю жизнь. Франциска скептически относилась к психоанализу, поэтому вскоре после свадьбы Паули прекратил консультации с Юнгом. Но переписка между двумя учеными продолжалась еще не одно десятилетие; и тот и другой интересовались не только психологией, но также и мистицизмом, и нумерологией. Юнг использовал калейдоскоп сновидений Паули в качестве материала для своих работ и лекций, тщательно скрывая личность пациента, ставшего ему другом. Вероятно, при жизни Паули многие его коллеги-физики даже не подозревали об этой примечательной дружбе. Учитывая, какие серьезные личные неурядицы Паули пережил в этот период, стоит ли удивляться, что много лет спустя он называл нейтрино «глупое дитя моего жизненного кризиса».
Ферми, вернувшись в Рим после встречи с Паули, продолжал размышлять над тайной бета-распада. Осенью 1933 г. он побывал в Брюсселе на крупной научной конференции, посвященной природе атомного ядра, и на этом мероприятии бета-распад вновь стал ключевым вопросом обсуждения. Через несколько месяцев после конференции Ферми сумел сформулировать четкое математическое описание бета-распада в контексте квантовой механики. Выстраивая свою теорию, Ферми исходил из того, что ядро атома состоит из тяжелых элементарных частиц – протонов и нейтронов, о чем ранее писал Вернер Гейзенберг, один из пионеров квантовой механики. По мысли Ферми, при бета-распаде нейтрон превращается в протон, но остается в ядре, тогда как из атома вылетает один электрон и один нейтрино – об этом догадывался Паули. Ферми четко указал, что нейтрино не присутствует в ядре изначально, а возникает в момент бета-распада. Он сравнил результаты своих теоретических вычислений с экспериментальными данными и пришел к выводу, что «масса нейтрино либо равна нулю, либо исключительно мала по сравнению с массой электрона».
Более того, теория Ферми предвосхитила открытие новой фундаментальной силы природы, которую мы сегодня называем «слабое взаимодействие»; эта сила действует только в субатомном мире. Два из четырех известных фундаментальных взаимодействий – гравитация и электромагнетизм – действуют на сравнительно больших расстояниях, поэтому знакомы нам из повседневного опыта. Например, мы ощущаем гравитацию (притяжение Земли), когда поднимаем что-нибудь тяжелое, а магнетизм – когда чувствуем притяжение магнита на дверце холодильника. Два других взаимодействия – сильное и слабое – действуют лишь на крохотных расстояниях внутри атома. Сильное взаимодействие связывает протоны и нейтроны, удерживая их в атомном ядре. Слабое взаимодействие влияет на различные процессы, связанные с радиоактивностью, – в частности, бета-распад.
Ферми отправил свою статью о теории бета-распада в журнал
Позже Ферми переключился на эксперименты, связанные с искусственной радиоактивностью[15], стремясь лучше понять феномен трансформации ядер. К тому времени Ирен Жолио-Кюри, дочь Марии Кюри, вместе со своим мужем Фредериком Жолио продемонстрировала, что при бомбардировке некоторых ядер альфа-частицами возникают новые радиоактивные изотопы, которые впоследствии распадаются. Хотя Ирен и Фредерик не представляли, как превратить свинец в золото (да и не ставили перед собой такой цели), можно сказать, что в какой-то степени эти ученые воплотили мечты древних алхимиков, желавших превращать обычные металлы в редкие и ценные.
В то время как супруги Жолио-Кюри использовали в качестве «снарядов» альфа-частицы, Ферми попробовал в этом качестве нейтроны. Он установил, что сравнительно медленные нейтроны особенно эффективны при синтезе радиоактивных продуктов. По легенде Ферми догадался использовать нейтроны, так как заметил, что в экспериментах достигается гораздо более высокая радиоактивность, если лабораторные препараты стоят на деревянной столешнице, а не на мраморной. Коллеги Ферми были озадачены подобной разницей, однако сам Энрико понял, что атомы дерева просто замедляют нейтроны. Другие ученые, основываясь на этой находке Ферми, пробовали бомбардировать уран медленными нейтронами. В 1938 г. немецким физикам удалось расщепить ядро урана примерно пополам, сделав первый шаг к высвобождению колоссальной энергии, заключенной в атомном ядре.
В том же году Ферми получил Нобелевскую премию по физике за свои исследования медленных нейтронов. Отправляясь в Стокгольм на церемонию вручения награды, Ферми смог вывезти из Италии жену-еврейку и двоих детей, поскольку там уже разгорался антисемитизм. Позже вся семья перебралась в США. Проработав несколько лет в Колумбийском университете в Нью-Йорке, Ферми перешел на работу в университет Чикаго. В 1942 г. именно там, в реакторе под университетским стадионом, произошло историческое событие: группа физиков под руководством Ферми впервые осуществила управляемую цепную реакцию, совершив важный шаг к приручению атомной энергии. Один из коллег Ферми позвонил в Вашингтон и сообщил об этом успехе Джеймсу Конанту, руководителю Национального комитета оборонных исследований. Он выразился завуалированно: «Вам будет наверняка интересно узнать, что наш итальянский штурман только что привел нас в новый мир». Конант ответил: «Как нас встретили аборигены?» Ответ был: «Очень тепло». Работа Ферми в Чикаго заложила основы для создания атомных бомб, ядерных реакторов и, наконец, для экспериментального открытия нейтрино.
Тем временем европейские физики не забыли великолепную статью Ферми о бета-распаде, пусть многие из них в тот период и работали над другими проблемами. На самом деле эта статья стимулировала как теоретиков, так и практиков размышлять о том, как отловить призрачные нейтрино. Два немецких физика – Ханс Бете и Рудольф Пайерлс – придумали интересный вариант достижения этой цели. Поскольку нейтрино выделяются при бета-распаде, нельзя ли поймать их в ходе обратного процесса – по аналогии с фотонами, которые способны как порождаться, так и поглощаться атомами? Бете и Пайерлс установили, что вероятность поглощения нейтрино атомом просто ничтожна. Теоретики составили краткую заметку в журнал
Однако их безрадостные вычисления не смутили отважных охотников за нейтрино. В Кембриджском университете Джеймс Чедвик и Дэвид Ли попытались измерить проникающую способность нейтрино, устанавливая свинцовые пластины различной толщины между образцом радия и детектором. Исследователи полагали, что свинец должен замедлять нейтрино, в результате чего эти неуловимые частицы будет проще заметить. Правда, опыты показали, что нейтрино может пролететь по воздуху более 140 км, не задев ни одного атома. В следующем году британский физик Морис Намиас поставил еще более тонкий эксперимент, надеясь поймать нейтрино. Он установил свой прибор на станции Holborn в лондонском метро (примерно 30 м под землей), чтобы ослабить нежелательное фоновое излучение от высокоэнергетических частиц, прилетающих из космоса. Но ему также не удалось поймать нейтрино. Согласно измерениям Намиаса образующиеся при бета-распаде нейтрино вполне могут проскочить насквозь через весь земной шар. Более того, эксперимент Намиаса в метро стал лишь предвестником разработок ближайшего будущего. Сегодня нейтринные детекторы развертывают именно под землей, чтобы минимизировать помехи, вызываемые фоновым излучением, такая практика в физике частиц стала общепринятой.
Нейтрино все более напоминали какой-то полтергейст, казались таинственными фантомами, крадущими энергию при бета-распаде, но более никак себя не проявляющими. Поскольку нейтрино, в отличие от протона или электрона, не имеют электрического заряда, их нельзя отследить при помощи электромагнитных устройств. Они также не участвуют в сильном взаимодействии, а вероятность того, что нейтрино вступит в контакт с ядром атома (поучаствует в слабом взаимодействии), крайне мала.
В результате таких безрадостных теоретических оценок и провала различных экспериментов все громче звучали голоса скептиков, полагавших, что нейтрино вряд ли вообще будут когда-нибудь обнаружены. Среди этих скептиков был и нобелевский лауреат Поль Дирак, предсказавший существование антивещества (антиматерии) – об этом мы поговорим в главе 7. Поначалу Дирак очень заинтересовался нейтрино, а в 1934 г. даже разрекламировал теорию Ферми в письме одному из коллег. Среди прочего он отмечал: «Вероятно, лишь с помощью нейтрино можно объяснить наблюдаемые потери энергии, и до выяснения каких-либо новых обстоятельств отвергать эти частицы не следует». Всего через два года Дирак значительно изменил свое мнение, отказываясь обсуждать нейтрино и называя их «ненаблюдаемыми частицами».
К концу 1930-х и другие ученые разделяли сомнения Дирака относительно нейтринной гипотезы Паули. Британский астроном Артур Эддингтон – знаменитый популяризатор науки, а также автор эксперимента, подтвердившего на практике теорию относительности, – хорошо передал этот скепсис, когда в своей книге «Философия физической науки» (The Philosophy of Physical Science) писал следующее: «В настоящее время физики-ядерщики много пишут о гипотетических частицах, называемых “нейтрино”, стремясь таким образом объяснить некоторые неясные факты, наблюдаемые при бета-распаде… Я не слишком высокого мнения о теории нейтрино. Можно сказать, я просто не верю в существование этих частиц… Осмелюсь утверждать, что у физиков-экспериментаторов наверняка хватило бы изобретательности, чтобы получить эти нейтрино». Правда, он не исключал возможности существования нейтрино, добавляя: «Что бы я ни думал, не хочу устраивать никаких пари о мастерстве экспериментаторов, тем более что такое пари можно было бы трактовать как спор об истинности самой теории. Если кому-нибудь удастся получить нейтрино и, более того, найти для них практическое применение, то, полагаю, мне придется поверить в эти частицы – хотя читатель и может упрекнуть меня в лукавстве».
По иронии судьбы именно Паули поспорил на бутылку шампанского, что никому не удастся экспериментально обнаружить нейтрино. Возможно, он сомневался в реальности той частицы-полтергейста, которую сам же и придумал. Может быть, он думал, что скепсис относительно собственного умственного конструкта – хороший способ защититься от критики. Как бы то ни было, шампанское Паули оставалось невостребованным в течение ближайшей четверти века, когда все физические исследования в Европе и Северной Америке были продиктованы Второй мировой войной и ее последствиями. Военные разработки, связанные с укрощением энергии атомного ядра, привели к созданию не только самого смертоносного оружия в истории человечества, но и новых источников бесчисленных нейтрино.
Глава 3
Погоня за призраком
Следующая глава саги о нейтрино была непосредственно связана с покорением энергии атома во время Второй мировой войны и в последующие годы. Еще в 1938 г. два немецких химика, Отто Ган и Фриц Штрассман, обнаружили, что при бомбардировке урана нейтронами образуется гораздо более легкий элемент – барий. Их бывшая коллега Лиза Мейтнер и ее племянник Отто Фриш к тому времени уже эмигрировали в Скандинавию, так как в Германии нацисты преследовали ученых еврейского происхождения. Мейтнер и Фриш пришли к верному выводу, что такое превращение происходит в результате расщепления тяжелого ядра урана. Этот процесс они назвали «делением» ядра, по аналогии с биологическим термином «деление клетки». В статье, опубликованной в журнале
Вскоре ряд видных ученых стал предупреждать страны антигитлеровской коалиции о том, насколько опасной станет нацистская Германия, если обретет ядерное оружие. Исследования были продиктованы страхом: ведь та из сторон, которая смогла бы первой высвободить энергию атомного ядра, получила бы подавляющее преимущество над другой державой. По настоянию нескольких коллег Альберт Эйнштейн написал президенту Франклину Рузвельту знаменитое письмо, в котором указывал: «…стала вероятной возможность ядерной реакции в крупной массе урана, вследствие чего может быть освобождена значительная энергия и получены большие количества радиоактивных элементов. Можно считать почти достоверным, что это будет достигнуто в ближайшем будущем. Это новое явление способно привести также к созданию бомб…» Он убеждал президента в необходимости наладить поставки урановой руды, указывая, что Германия уже предпринимает подобные шаги, а также активизировать контакты с физиками-ядерщиками, чтобы быть в курсе новейших исследований и их результатов.
Бруно Понтекорво
(AIP Emilio Segrè Visual Archives, Physics Today Collection)
В 1943 г. правительство США при поддержке Канады и Великобритании запустило сверхсекретную программу «Манхэттенский проект». К этому проекту были привлечены многие ведущие физики-теоретики и инженеры-экспериментаторы; цель исследований заключалась в получении управляемых цепных ядерных реакций и в конструировании атомных бомб. Однако Вольфганг Паули, который в тот период вместе с Эйнштейном работал в Институте перспективных исследований в Принстоне, не был приглашен к участию в проекте, поскольку официально являлся гражданином Германии. В 1938 г. Германия аннексировала Австрию, а Паули не позаботился о том, чтобы приобрести гражданство Швейцарии. В штате Нью-Мексико была создана новая секретная лаборатория Лос-Аламос, где физики занимались проектированием, сборкой и испытаниями нового оружия. Другие исследовательские группы в разных уголках США наладили обогащение урана и производство плутония – топлива для атомных бомб. Сначала проект был довольно скромным, но к концу работ к нему подключилось более 100 000 человек. Ученые из Лос-Аламоса взорвали первый ядерный заряд, носивший кодовое название «The gadget»[16], на 30-метровой вышке в пустыне на территории штата Нью-Мексико 16 июля 1945 г. Ученые, наблюдавшие за испытанием, лицезрели поднявшееся до небес пылающее облако, напоминавшее по форме гриб, ощутили рокот ударной волны, прокатившейся над командным центром. Они осознали, насколько разрушительное оружие создали, и некоторые даже раскаялись в том, что принимали участие в разработке атомной бомбы. Через считаные недели ВВС США сбросили две атомные бомбы на японские города Хиросима и Нагасаки. Атомные взрывы вызвали массовые жертвы и чудовищные разрушения, а также приблизили окончание войны[17]. В дальнейшем США и другие державы провели множество ядерных испытаний, сконструировав еще более мощные бомбы.
Атомные бомбы оказались не только невероятно разрушительным оружием, но и потрясающим источником нейтрино. Атомные взрывы сопровождаются бурным делением ядер и образованием множества нестабильных изотопов, которые распадаются, испуская целые фонтаны этих частиц. При таком количестве нейтрино задача их экспериментального обнаружения упрощается; чем больше поток нейтрино – тем выше шансы, что какие-то из них попадут в детектор. Но когда ведущие физики по обе стороны Атлантики напряженно занимались военными разработками, мало кто из них вообще задумывался о проблеме нейтрино – в том числе Энрико Ферми, относившийся к наиболее активным участникам Манхэттенского проекта. Однако один из итальянских учеников Ферми, Бруно Понтекорво, не участвовал непосредственно в оборонных исследованиях. Именно он смог найти ответы на важнейшие вопросы, связанные с природой неуловимых нейтрино, догадался, как захватывать эти частицы, и сам ускользнул незаметно, как нейтрино.
Бруно Понтекорво родился в зажиточной еврейской семье близ Пизы, недалеко от той самой площади, где Галилей еще в XVI в. ставил свои легендарные опыты с падающими телами.
Семья Понтекорво владела текстильной фабрикой, на которой трудилось множество рабочих. Его родители могли позволить себе шикарный летний отдых, а также дали домашнее образование своим детям, приглашая лучших учителей. Будучи подростком, Понтекорво превосходно играл в теннис, а в школе блистал на естественно-научных предметах. Окончив среднюю школу, поступил на инженерный факультет Пизанского университета, но уже через два года перебрался в Римский университет. Там он собирался изучать физику под руководством Энрико Ферми, который уже снискал мировую славу одного из ведущих ученых.
В тот период Италия переживала непростые времена, в стране процветала фашистская идеология. Однако Понтекорво не интересовался политикой, несмотря даже на то, что некоторые его родственники были пацифистами и леваками. Правительство Муссолини всячески поддерживало научные исследования; фашисты усматривали в этом залог индустриального развития страны. Крупные компании привлекались к инвестициям в инновационные проекты, в Италии был создан национальный научно-исследовательский совет, государственное финансирование фундаментальных исследований значительно выросло. Ферми умел пользоваться таким патронажем и прилагал всяческие усилия, чтобы не допускать политику в свою лабораторию, но в то же время не раздражать государственных чиновников. Правда, впоследствии Ферми отмежевался от фашистского режима.
Понтекорво с отличием окончил университет и присоединился к исследовательской группе Ферми. Сначала он довольно неуклюже обращался с лабораторным оборудованием, но быстро освоил искусство научного эксперимента. В 1934 г. Понтекорво сыграл ключевую роль в одном из исследований: вместе с коллегами он открыл, что при бомбардировке атомов медленными нейтронами скорость химических реакций возрастает. Понтекорво был не только соавтором научной статьи о данном исследовании, но и совладельцем патента, описывавшего возможности коммерческого применения этого феномена. Через два года Понтекорво отправился в Париж, чтобы работать вместе с Ирен Жолио-Кюри (дочерью Пьера и Марии Кюри) и ее мужем Фредериком. Супруги Жолио-Кюри проводили эксперименты, изучая превращения атомного ядра.
В те годы в Париже бурно цвели левацкие движения, город был излюбленным убежищем для политических эмигрантов со всей Европы, спасавшихся от тоталитарных режимов. Поэтому неудивительно, что Понтекорво всерьез заинтересовался социалистическими идеями и завел немало знакомств среди активных участников левых политических движений – в частности, через своего брата Джилло, переехавшего в Париж вслед за Бруно. Джилло был убежденным марксистом и членом Итальянской коммунистической партии. Кстати, спустя тридцать лет Джилло снял культовый антиколониальный фильм «Битва за Алжир». Возможно, в ходе бесед с братом и друзьями Бруно Понтекорво задумывался о том, в чем заключается политический и гражданский долг ученого. Живя в Париже, Понтекорво повстречал Марианну Нордблом – студентку из Швеции, изучавшую французскую литературу. Молодые люди познакомились в общежитии, но вскоре решили съехаться и жить вместе. Через некоторое время у них родился сын.
В 1940 г. Бруно и Марианна поженились. Учитывая, что на родине Понтекорво бушевал антисемитизм, а нацисты вторглись во Францию, супруги были вынуждены бежать в США – как и Ферми, уехавший туда двумя годами ранее. Понтекорво устроился на работу в нефтяную компанию в штате Оклахома. Здесь он сумел применить свой опыт из области ядерной физики при разработке новых технологий для разведки нефти. Несмотря на переезд в США и близкое знакомство с Ферми, Понтекорво не был приглашен к участию в Манхэттенском проекте; вероятно, спецслужбы не доверяли Бруно из-за его социалистических убеждений. Но Понтекорво присоединился к британско-канадскому проекту, связанному с постройкой ядерного реактора на реке Чок-Ривер в канадской провинции Онтарио. Семья Понтекорво переехала в Канаду в 1943 г.
Именно в Канаде Понтекорво заинтересовался нейтрино. Разумеется, он был знаком с теорией своего учителя Ферми о бета-распаде. Согласно этой теории при бета-распаде атом испускает электрон и нейтрино, а один из его нейтронов превращается в протон. Однако, несмотря на царившее тогда убеждение о неуловимости нейтрино, Понтекорво был твердо уверен, что зафиксировать эту частицу все-таки можно, главное – правильно поставить эксперимент. Вероятность фиксации отдельного нейтрино в детекторе очень мала, но Понтекорво полагал, что если бы каждую секунду через детектор пролетали триллионы этих частиц, то хотя бы несколько из них удалось бы поймать. Для проведения такого эксперимента первым делом требовалось отыскать обильный источник нейтрино. Понтекорво знал, что даже очень большой образец радия не дал бы заметного потока нейтрино, образующихся при бета-распаде. Но ядерный реактор, рассуждал Понтекорво, действительно должен ежесекундно извергать триллионы таких частиц. Спустя почти сорок лет он вспоминал: «Как мне казалось [в 1946 г.], после создания мощных ядерных реакторов обнаружить свободные нейтрино станет вполне возможно». Учитывая, как хорошо Понтекорво разбирался в получении ядерной энергии, в этом замечании нет ничего удивительного. Но ученый пошел дальше: он описал, как
Понтекорво знал, что, согласно теории Ферми, при попадании нейтрино в ядро атома должны произойти два явления. Во-первых, нейтрино подхватывает отрицательный заряд и превращается в электрон. Во-вторых, для сохранения электрического равновесия ядро приобретает положительный заряд. Иными словами, если по атому попадает нейтрино, то этот атом превращается в атом другого элемента, занимающего следующую клетку в таблице Менделеева, так как один из нейтронов в ядре этого атома превращается в протон. Понтекорво догадался, что если этот новый атом окажется радиоактивен, то о его наличии можно будет судить по радиации, которой сопровождается бета-распад. Так Понтекорво разработал практические требования для постановки такого эксперимента. Во-первых, предстояло найти вещество, которое будет обстреливаться нейтрино. Предполагалось, что это вещество будет дешевым и легкодоступным, так как для создания достаточно крупного нейтринного детектора его понадобилось бы довольно много. Во-вторых, веществу-мишени нужно было становиться радиоактивным при поглощении нейтрино. В-третьих, полученный таким образом радиоактивный продукт не должен был распадаться слишком быстро – то есть необходим запас времени на измерения. Учитывая все эти соображения, Понтекорво решил использовать большой резервуар с жидким безводным моющим средством (тетрахлоридом углерода), в котором содержится большое количество атомов хлора. Ученый знал, что, согласно теории Ферми, при столкновении нейтрино с атомом хлора последний должен превратиться в радиоактивный изотоп аргона – химически инертного благородного газа. Последующий распад атома аргона будет означать, что в породивший его атом хлора попал нейтрино. Так Понтекорво изобрел хитроумный способ, позволяющий изловить частицу-полтергейст.
Но Понтекорво было не суждено самому заняться охотой на нейтрино. Он подал документы на получение британского гражданства и в 1948 г. отправился в Англию вместе с женой и тремя сыновьями. Это был его четвертый переезд за 12 лет. Понтекорво успел около двух лет проработать в лаборатории по атомным исследованиям в городе Харвелл близ Оксфорда, после чего ему пришлось переключиться на решение неотложных проблем, не оставлявших никакого времени на разгадывание тайны неуловимых нейтрино. Поскольку Понтекорво не скрывал своих коммунистических убеждений, за ним все пристальнее следили и ФБР, и британская спецслужба МI5. Понтекорво вынуждали прекратить исследовательскую работу в Харвелле и перейти к академической деятельности, поскольку он мог получить доступ к информации о секретных военных разработках.
Понтекорво отлично понимал, что в мире нарастала международная напряженность, вызванная начинающейся холодной войной. В 1949 г. СССР осуществил успешное испытание атомной бомбы. Многие западные специалисты не представляли, что советское государство обладает такими технологиями; более того, это был открытый вызов ядерному доминированию США. В ответ президент Гарри Трумэн санкционировал разработку еще более мощных водородных бомб. В водородной бомбе используется принцип ядерного синтеза, в ходе которого изотопы водорода превращаются в атомы гелия. Правда, в качестве инициирующего заряда в водородной бомбе задействована реакция деления ядра. Неудивительно, что в Вашингтоне всерьез опасались нарастающего советского влияния, а также советских шпионов. В таких условиях сенатор Джозеф Маккарти возглавил печально известную «охоту на ведьм» – репрессии обрушились на всех, кого только было можно заподозрить в нелояльности.
В харвеллской лаборатории вместе с Понтекорво работал Клаус Фукс, один из бывших участников Манхэттенского проекта. Фукс признался в шпионаже в пользу СССР и был приговорен к длительному тюремному заключению. ФБР проверяло и других сотрудников лаборатории Лос-Аламос, в частности, физика Ричарда Фейнмана, который был известен не только блестящим интеллектом, но и склонностью к экстравагантным выходкам. Например, Фейнман просто ради спортивного интереса взламывал сейфы коллег. Фейнман был признан невиновным, однако агентам ФБР удалось раскрыть химика Гарри Голда, работавшего курьером Фукса. Голд, в свою очередь, вывел следователей на Этель и Юлиуса Розенбергов. Розенберги были арестованы по подозрению в шпионаже вместе с Дэвидом Гринглассом – младшим братом Этель, который ранее работал в Лос-Аламосе писарем-машинистом. Признательные показания шпионов и последовавшие аресты нагнетали всепроникающую атмосферу недоверия и паранойю.
Треволнения Бруно усугублялись и по причине нешуточных баталий между правительством США и бывшими итальянскими коллегами Понтекорво из-за патента, связанного с использованием медленных нейтронов (полученного учениками Ферми по результатам исследований, проводившихся еще в Риме). Итальянские ученые претендовали на долю прибыли от получения плутония, поскольку выработка этого металла осуществлялась при помощи замедления нейтронов графитом. В 1950 г. один из физиков-итальянцев подал иск, требуя денежной компенсации от американского правительства. Перспектива оказаться в центре публичного судебного процесса, а также подвергнуться неизбежным в таком случае проверкам благонадежности, вероятно, стала для Понтекорво последней каплей.
Когда новости о разгорающемся судебном процессе достигли Европы, Понтекорво как раз проводил летний отпуск в Италии вместе с женой и детьми. Когда отпуск закончился, он решил не возвращаться в Великобританию, где занимал должность профессора в Ливерпульском университете. Первого сентября семья отправилась из Рима в Стокгольм. Любопытно, что, хотя в Стокгольме и жили родители жены Понтекорво, беглецы не сообщили им о приезде, а уже на следующий день отправились самолетом в Хельсинки. На этом этапе записи об их пути обрываются. Не сохранилось никаких сведений о том, что Понтекорво делали в Хельсинки и пересекали ли они финскую границу.
Первой о внезапном и таинственном исчезновении физика и его семьи сообщила итальянская газета – вероятно, журналисты получили эту конфиденциальную информацию от британских сыщиков, уже рыскавших в Риме. С самого начала службы безопасности подозревали, что Понтекорво вместе с семьей бежал в Советский Союз. Действительно, среди родственников и друзей Понтекорво было немало людей с левыми взглядами, а некоторые из них откровенно симпатизировали коммунистам. Газеты смогли сделать максимальный акцент на царившей в те времена подозрительности, и практически за одну ночь скромный ученый, до этого практически не известный широкой публике, превратился в героя шпионского скандала. На передовице лондонской газеты
Многие опасались, что Понтекорво вообще с самого начала был советским шпионом. Другие предполагали, что ученый бежал, так как спецслужбы висели у него на хвосте, либо что он просто не выдержал антикоммунистической истерии, бушевавшей на Западе. Наконец, третьи думали, что советские агенты каким-то образом принудили Понтекорво переметнуться на сторону СССР. Как бы то ни было, исчезновение Понтекорво оказалось экстраординарным событием, причем как американские, так и британские разведывательные органы в своих официальных заявлениях старались преуменьшить значение этого бегства. Вероятно, спецслужбы были раздосадованы неприкрытой изменой знаменитого физика, особенно в свете недавних шпионских признаний Фукса. Власти не хотели подогревать всеобщую истерию. Историк науки Симон Турчетти пишет в своей книге «Дело Понтекорво» (The Pontecorvo Affair), что британский министр снабжения Джордж Стросс даже присягнул перед парламентом в том, что Понтекорво не участвовал в засекреченных военных разработках. Более того, Министерство иностранных дел пыталось урезонить британских дипломатов во всем мире, разослав им специальную конфиденциальную телеграмму, где, в частности, говорилось: «Доктор Понтекорво занимался в Харвелле работой несекретного характера, и, хотя он и может быть полезен русским в области каких-либо фундаментальных исследований, это не означает, что он обладает какими-либо ценными сведениями касательно атомного оружия».
Понтекорво подтвердил всеобщие подозрения, объявившись в Москве пять лет спустя. Он по-своему объяснил бегство: по его словам, он стремился укрепить научный потенциал СССР в условиях доминирования Запада и тем самым помочь предотвратить третью мировую войну. Понтекорво всячески подчеркивал, что его интересует применение атомной энергии исключительно в мирных целях. В СССР его приняли очень тепло и предложили работу в научно-исследовательском институте неподалеку от Москвы[18], где велись исследования в области ядерной физики. Понтекорво получил Сталинскую премию и другие почести.
Фредерик Рейнес
(AIP Emilio Segrè Visual Archives)
Спустя много лет Понтекорво признался, что советское посольство помогло ему вместе с семьей тайно выехать из Хельсинки. Он пересек границу СССР в багажнике дипломатической машины[19], в салоне которой ехала его семья. Доподлинно не известно, принимал ли Понтекорво какое-то участие в создании советского ядерного оружия – как шпион (до побега в СССР) или как опытный ученый (после побега). Даже сегодня, спустя 60 лет, материалы ФБР и MI5 по этому делу остаются засекреченными. Симон Турчетти полагает, что Понтекорво не был шпионом, однако считает, что знания Бруно в области геофизической разведки могли помочь русским найти месторождения урана, требовавшиеся для производства атомных бомб. Какой бы работой Понтекорво ни занимался, живя по советскую сторону «железного занавеса», он всегда очень интересовался нейтрино и первым предположил, что эта частица-хамелеон может менять свойства, о чем мы вскоре поговорим.
Тем временем в США многие физики, в годы войны участвовавшие в Манхэттенском проекте, вернулись в университеты. Среди тех, кто в начале 1950-х еще оставался в Лос-Аламосе, был и 33-летний физик-теоретик по имени Фред Рейнес. Юность Рейнеса протекала в штатах Нью-Джерси и Нью-Йорк, далеко от больших городов. В детстве Фред неплохо пел и состоял в скаутском движении. Позже он вспоминал, что впервые заинтересовался естествознанием, когда однажды под вечер, заскучав на уроке в религиозной школе, стал смотреть на закат через щель между пальцами, залюбовавшись дифракцией света. Кроме того, Рейнес с увлечением мастерил детекторные приемники – простейшие модели радиоприемников, популярные на заре радиотехники, собирая эти приборы с нуля. Однажды Фред написал в ежегодном школьном альманахе, что мечтает стать «выдающимся физиком». В годы учебы на инженерном факультете Стивенсовского технологического института Рейнес пел в хоре и даже солировал в больших вокальных пьесах, например, в «Мессии» Генделя. Сам ученый впоследствии вспоминал, что «между колледжем и университетом я даже какое-то время подумывал о профессиональной вокальной карьере». Еще до того, как Рейнес защитил докторскую диссертацию в Нью-Йоркском университете (в 1944 г.), молодой физик был приглашен на работу в Лос-Аламос. Там Рейнес уже после войны участвовал в испытаниях атомных бомб – в частности, в подготовке широко известных взрывов, осуществленных на атоллах Эниветок и Бикини. Рейнес, будучи физиком-теоретиком, занимался уточнением теоретической базы, описывающей эффекты ядерных взрывов. Среди прочего его интересовало, как ударная волна распространяется в воздухе. В свободное время Рейнес по-прежнему увлекался музыкой (пел в городском хоре), посещал местный драмкружок, а позже даже подвизался хористом в составе Кливлендского симфонического оркестра.
В 1951 г. Рейнес сообщил своему руководителю в Лос-Аламосе, что хотел бы оставить экспериментальные исследования и сосредоточиться на фундаментальной физике. Позже, размышляя об этом поворотном моменте в своей жизни, Рейнес писал, что, когда его вопрос был решен положительно, ему пришлось «переехать в практически пустой кабинет, просидеть там несколько месяцев, уставившись в пустую тетрадь, и напряженно подыскивать столь значительную научную проблему, изучению которой можно было бы посвятить жизнь». Перебирая в уме интересные проекты, Рейнес предположил, что при атомном взрыве должны образовываться целые тучи нейтрино. Соответственно, обнаружить эти таинственные частицы при атомном взрыве будет сравнительно просто.
Рейнес знал, что при делении атомов в ходе цепной реакции возникает множество нестабильных ядер, которые, в свою очередь, подвергаются бета-распаду и испускают нейтрино. В среднем при каждом акте деления ядра должны возникать шесть нейтрино – то есть при атомном взрыве их будет действительно очень много. Как писал сам Рейнес, «сделав кое-какие вычисления и поколдовав над формулами, я пришел к выводу, что бомба является идеальным источником… но я полагал, что эту гипотезу необходимо проверить экспериментально».
Как нельзя кстати летом 1951 г. в Лос-Аламос прибыл с визитом Энрико Ферми, и Рейнес, набравшись духу, решился с ним поговорить. Ферми согласился, что атомная бомба – это действительно потрясающий источник нейтрино. Но вся загвоздка в том, что сам Рейнес не представлял, как сконструировать подходящий детектор для регистрации нейтрино при ядерных испытаниях. Поразмыслив над этой проблемой, Ферми признал, что и сам не видит такой возможности. «От Учителя я возвращался опустошенным», – вспоминал Рейнес. Его мечты об охоте на нейтрино пришлось отложить до лучших времен, а сначала придумать, как двигаться дальше.
Как говорится, не было бы счастья, да несчастье помогло. Позже, в 1951 г. Рейнес летел на самолете в Принстон, когда самолет пошел на вынужденную посадку в аэропорту Канзас-Сити из-за нехватки топлива. Вместе с Рейнесом летел Клайд Коуэн, его коллега по Лос-Аламосу. В годы войны Коуэн занимался разработкой радаров, за что был награжден медалью «Бронзовая Звезда». Затем на пособие для ветеранов войны Коуэн поступил в аспирантуру и защитил докторскую диссертацию, а в 1949 г. поступил на работу в Лос-Аламос. Итак, поневоле оказавшись в Канзасском аэропорту, двое ученых, пытаясь как-то скоротать время, бродили по зданию и беседовали. В итоге они решили совместными силами взяться за решение какой-нибудь физической проблемы, которая им обоим казалась бы нетривиальной. Рейнес предложил заняться нейтрино, Коуэн согласился. «Он знал о нейтрино не больше меня, но зато был хорошим и в меру авантюрным экспериментатором. Итак, мы ударили по рукам и решили заняться нейтрино», – рассказывает Рейнес. Далее он добавляет: «Итак, почему же мы так хотели зарегистрировать свободный нейтрино? Потому что нас все убеждали, что это невозможно. Не самое здравое решение, но сам вызов казался притягательным». Оба ученых уже имели опыт участия в грандиозных военных проектах, который, пожалуй, мог подогревать их интерес к этой отчаянной затее. «Работа над испытанием атомной бомбы научила нас мыслить масштабно, в духе “мы сможем”… [Она] всецело занимала наши мысли. Всякий раз, планируя новый проект, мы ставили перед собой самую интересную и фундаментальную цель, не особенно задумываясь о ее достижимости или практическом применении. В Лос-Аламосе мы могли рассчитывать на доступ к новейшим исследовательским технологиям… и этот факт только придавал нам уверенности».
Рейнес и Коуэн знали, что большинство нейтрино совершенно свободно пролетают сквозь вещество. Но если таких частиц будет очень много, то хотя бы некоторые из них должны сталкиваться с атомными ядрами. Учитывая это, ученые решили заняться исследованием конкретной ядерной реакции. По теории Ферми, когда протон поглощает нейтрино, он превращается в нейтрон и испускает антиэлектрон (также называемый «позитрон»)[20]. Рейнес и Коуэн знали, что при обнаружении позитрона можно будет констатировать, что в реакции участвовал нейтрино. Итак, им требовалось найти способ регистрации позитронов. К счастью, незадолго до того были открыты органические жидкости, которые сцинтиллируют (дают крошечные вспышки), когда через них проходит заряженная частица. Итак, Рейнес и Коуэн решили заполнить большой резервуар сцинтиллирующей жидкостью и оснастить его несколькими фотоэлектронными умножителями (ФЭУ), которые планировалось установить на внутренних стенках сосуда. ФЭУ должны были фиксировать позитронные вспышки. Такой детектор предполагалось подвесить у устья вертикальной скважины, пробуренной в земле, всего в 40 м от вышки, на которой планировалось взорвать 20-килотонный атомный заряд. Впоследствии в своей нобелевской лекции Рейнес скажет: «Идея о том, что столь чувствительный детектор можно будет использовать в непосредственной близости… от чудовищного рукотворного взрыва, казалась довольно странной, но мы умели работать с бомбами и не сомневались, что сможем сконструировать подходящую систему».
Проект предполагал, что детектор Рейнеса и Коуэна в течение нескольких секунд сможет свободно падать в вакууме, образующемся во время распространения ударной волны. Затем сосуд мягко приземлится (у основания он снабжался толстой подушкой из поролона и пуха), а датчики зарегистрируют позитроны, излучаемые продуктами ядерного взрыва, когда в небо будет подниматься огненный гриб. Позже Коуэн составил отчет, в котором изложил их план по сбору данных после экспериментального взрыва: «Мы вернемся к шахте через несколько дней (когда поверхностная радиоактивность существенно спадет), выкопаем резервуар, достанем детектор и узнаем всю правду о нейтрино». Конечно, сегодня такая схема может показаться странной, но конструкция действительно была многообещающей, и директор лаборатории Лос-Аламос дал добро на это испытание. По воспоминаниям Рейнеса, в те годы процесс утверждения таких испытаний был незамысловат. «Жизнь тогда была проще – никаких длительных процедур рассмотрения и заумных экспертных комитетов».
Когда Рейнес и Коуэн нашли место для испытания, поручили рабочим готовить скважину и приступили к сборке детектора, их коллега Ханс Бете поинтересовался, каким образом молодые люди собираются отличать подлинные нейтрино от прочего излучения, образующегося при атомном взрыве. В поисках ответа на этот вопрос Рейнес и Коуэн смогли придумать еще более замечательный эксперимент: они решили воспользоваться в качестве источника нейтрино не атомной бомбой, а управляемым ядерным реактором. Конечно, реактор выдает за секунду гораздо меньше нейтрино, чем атомный взрыв, но количество этих частиц все равно исчисляется триллионами на квадратный сантиметр. Физики сочли, что для обнаружения нейтрино этого более чем достаточно. Действительно, требовалось подыскать надежный способ, который позволял бы отличать возникновение нейтрино от посторонних «фоновых» событий – например, от воздействия космических лучей. Рейнес и Коуэн поняли, что смогут не только зафиксировать позитрон, но и измерить свойства нейтрона, образующегося при контакте нейтрино с материей. Они знали, что позитрон столкнется с электроном в сцинтиллирующей жидкости, что практически мгновенно приведет к аннигиляции обеих частиц и даст вспышку гамма-лучей, которые зафиксируют ФЭУ. Нейтрон, в свою очередь, проскочит через жидкости по ломаной траектории, наталкиваясь на другие частицы, как пьяница в толпе. При соударении со все новыми ядрами нейтрон будет постепенно терять энергию, пока наконец не будет поглощен другим ядром. Ядро, захватившее нейтрон, избавится от избыточной энергии в виде гамма-излучения. Рейнес и Коуэн знали, что такое блуждание нейтрона обычно продолжается в течение 5 микросекунд. Таким образом, можно было отслеживать временную разбежку между двумя выбросами гамма-излучения, первый из которых вызван аннигиляцией позитрона, а второй – поглощением нейтрона. Если бы в эксперименте удалось зафиксировать такую разницу, равную точно 5 микросекундам, то это был бы несомненный признак возникновения нейтрино. В таком случае все остальные вспышки, зафиксированные детектором, Рейнес и Коуэн списали бы на обычные фоновые помехи.
Разумеется, этот новый план был гораздо практичнее и безопаснее, чем опыт с атомным взрывом. По-видимому, американские физики просто не знали об идее Понтекорво, предлагавшего использовать ядерный реактор в качестве источника нейтрино, либо забыли об этом дельном предложении. Рейнес и Коуэн изложили свой новый план поимки «скользкой частицы» в письме, адресованном Ферми. В конце концов они могли не опасаться, что кто-нибудь поймает нейтрино раньше них, так как, по замечанию Рейнеса, «в 1952 г. охота на нейтрино мало кого интересовала». Ферми одобрил их усовершенствованную стратегию: «Очевидно, описанный вами новый метод должен быть гораздо проще в реализации, а также обладает еще одним важнейшим преимуществом: измерения можно проводить столько раз, сколько потребуется».
Воодушевившись поддержкой Ферми, Рейнес и Коуэн с новыми силами взялись за дело. В 1953 г. они изготовили цилиндрический бак, вмещавший 300 л сцинтиллирующей жидкости. На стенках резервуара было установлено 90 ФЭУ. Бак был в три слоя покрыт парафином, бурой и свинцом; эти вещества экранировали рассеянные нейтроны и гамма-лучи, исходившие от реактора. Эксперимент был назван «Проект Полтергейст», так как слово «полтергейст» весьма точно характеризовало вожделенную частицу. Детектор был установлен поблизости от ядерного реактора, расположенного в городе Хэнфорд, штат Вашингтон; реактор был построен еще в годы войны и использовался для производства плутония, которым заряжали атомные бомбы. Спустя много лет Рейнес вспоминал, какое возбуждение и какую огромную усталость испытывал на заключительном этапе охоты: «В эти дни, проведенные в Хэнфорде, мы усердно работали, но в то же время теряли последние силы. На протяжении нескольких месяцев мы устанавливали и переустанавливали целые тонны свинцовых и борно-парафиновых экранирующих слоев. Работали круглыми сутками, множество хлопот возникало с грязными сцинтилляционными трубками…»
Первые признаки нейтринных сигналов удалось зафиксировать спустя несколько месяцев. Сигналы были не столь четкими, как надеялись Рейнес и Коуэн, однако их детектор регистрировал нейтрино, даже когда реактор
Несмотря на очень осторожный тон заметки, новости о результатах исследований просочились в СМИ. В газете
Но Рейнес и Коуэн, отличавшиеся научной въедливостью, не удовлетворились таким результатом, который был в лучшем случае предварительным. Они решили провести следующий, более выверенный эксперимент, поместив датчик рядом с новым реактором, установленным в районе Саванна-Ривер на территории штата Южная Каролина. Этот реактор был гораздо мощнее хэнфордского. Заручившись помощью нескольких коллег, они до основания переработали план эксперимента, чтобы отличать сигналы
Рейнес вспоминал: «Это было великолепное ощущение непосредственного участия в процессе познания. В июне 1956 г. мы решили, что пришло время сообщить о наших результатах человеку, который и начал все это, когда еще в молодости написал свое знаменитое письмо и впервые постулировал существование нейтрино». Разумеется, Рейнес говорил о Паули. Они с Коуэном послали Паули телеграмму, которая начиналась так: «Мы счастливы сообщить Вам, что определенно зарегистрировали нейтрино от фрагментов деления…» Паули получил телеграмму, как раз будучи на конференции в Женеве. Он прервал заседание и громко зачитал ее собравшимся.
На следующий день Паули ответил Рейнесу и Коуэну. В своем фирменном стиле он самодовольно отметил: «Если умеешь ждать – дождешься чего хочешь». Но телеграмма Паули в Америку не дошла. В архивах Паули сохранилась пометка секретаря о том, что ученый действительно послал такую телеграмму «ночной почтой» (отправление уходит в ночь, доставляется наутро, тарифы при этом снижены). Ответ Паули попал в точку: действительно Нобелевскому комитету потребовалось целых 40 лет, чтобы оценить открытие нейтрино. В 1995 г. Рейнес получил половину Нобелевской премии по физике. Коуэн умер за 21 год до этого, поэтому ему премия не досталась. Спустя годы после открытия Рейнес напомнил теоретику Хансу Бете, что тот еще в 1934 г. утверждал в статье, написанной совместно с Рудольфом Пайерлсом, что «наблюдать нейтрино практически невозможно». Бете шутливо ответил: «Ну разве можно верить всему, что пишут в этих статьях!»
Рейнес и Коуэн, выполнившие титаническую работу на реакторах в Хэнфорде и Саванна-Ривер, впервые смогли изловить призрачную частицу-чертенка. Они поймали нейтрино, которые могут беспрепятственно проскочить через земной шар и продолжить свой путь в глубины Вселенной. Причем они смогли это сделать при помощи очень хитроумной экспериментальной установки, воспользовавшись ядерным реактором в качестве источника нейтрино (точно как предлагал поступить Бруно Понтекорво), применив при этом совершенно иной метод, чем в проекте Понтекорво. Фантом, возникший из ничего в исстрадавшейся душе физика Паули, стал экспериментально зафиксированным феноменом материального мира, предоставив нам вполне удовлетворительное решение таинственной проблемы бета-распада, а также доказав незыблемость закона сохранения энергии. При этом подтвердились теоретические прогнозы Паули и Ферми.
С тех пор мы смогли понять, что неброские нейтрино помогают разгадать многие тайны космоса, ответить на вопросы «почему Солнце светит?» и «почему во Вселенной вообще есть материя?». Прозорливый Понтекорво первым предположил, что Солнце должно испускать огромные тучи нейтрино. Дальше нас ждет история об ученом-первопроходце, желавшем поймать внеземные нейтрино, прилетающие к нам из космических далей.
Глава 4
Подземное солнце
В начале 1950-х гг. охотой на нейтрино занимались не только Фред Рейнес и Клайд Коуэн. Рэй Дэвис, студент Йельского университета, обучавшийся физической химии, «заболел» проблемой нейтрино, однажды прочитав об этих частицах в библиотеке, и с тех пор без устали их выслеживал. Дэвис вырос в столичном Вашингтоне. Вместе с братом (он был на год и два месяца младше Рэя) они играли в уличные мальчишеские игры и плескались в реке Потомак. Отец Дэвиса, работавший фотографом в Национальном бюро стандартов США, в свое время даже не окончил школу. Однако именно он привил Рэю интерес к химическим опытам и фотографии. В молодости Дэвис хорошо стрелял из винтовки и даже получал медали за меткость, хотя позже забросил этот спорт. Мать пыталась приобщить сына к музыке, но, в отличие от Рейнеса, Дэвис пел плохо. Рэй вспоминал: «Чтобы угодить маме, я несколько лет пел в хоре, несмотря на полное отсутствие музыкального слуха».
Повзрослев, Рэй Дэвис решил посвятить себя науке, а его брат избрал военную карьеру. Дэвис окончил аспирантуру по химии в Йельском университете, затем пошел в армию и в годы Второй мировой войны служил в качестве резервиста, работая наблюдателем на испытаниях химического оружия в штате Юта. В свободное время Дэвис много гулял по окрестностям и фотографировал. После войны работал в химической компании Monsanto, где занимался исследованием радиоактивных веществ, а в 1948 г. поступил на работу в только что созданную Брукхейвенскую национальную лабораторию. Эта лаборатория была выстроена вскоре после войны на месте бывшей военной базы, расположенной на острове Лонг-Айленд. Задачи лаборатории заключались в исследовании возможностей мирного применения ядерной физики. Именно в Брукхейвене Дэвис познакомился со своей будущей женой, работавшей в биологическом отделе этого учреждения. В течение следующих 15 лет у них родилось пятеро детей. Семья Дэвисов жила на побережье, Рэй с женой своими руками собрали парусную шлюпку и впоследствии всю жизнь увлекались морскими прогулками под парусом.
Прибыв в лабораторию, Дэвис первым делом поинтересовался у начальника, чем ему предстоит здесь заниматься. Спустя десятки лет он вспоминал: «К моему удивлению и восторгу, он сказал мне идти в библиотеку и самому подыскать какую-нибудь интересную тему». Там Дэвису и попалась на глаза статья о нейтрино. Прочитав ее, молодой человек понял, что науке почти ничего не известно об этой таинственной частице, несмотря на то что Вольфганг Паули, Энрико Ферми и Бруно Понтекорво уже выполнили первые работы в этой области. Проблема нейтрино открывала широчайшие перспективы для исследователей-экспериментаторов. Более всего Дэвис заинтересовался опытом Понтекорво, в котором итальянский ученый пытался использовать в качестве детектора нейтрино большой резервуар с хлорсодержащей жидкостью. Понтекорво отмечал, что при попадании нейтрино в атом хлора этот атом превратится в радиоактивный изотоп аргона. Этот изотоп распадется с выделением радиации – поэтому его будет легко обнаружить. Учитывая большой опыт Дэвиса в области радиохимических исследований, неудивительно, что он решил взяться за эту проблему. В тот день, проведенный в брукхейвенской библиотеке, Дэвис нашел свое призвание. Он упорно шел к поставленной цели всю жизнь, хотя шансы на успех были очень невелики.
В последующие годы Дэвис занимался и другими научными вопросами. В частности, он догадался измерять возраст метеоритов (и приблизительно определять их историю) по содержащимся в метеоритах радиоактивным изотопам. Вместе с коллегой Дэвис применял методы радиометрической датировки[21], чтобы определить, сколько времени метеорит провел в космосе до падения на Землю – соответственно, как долго он подвергался воздействию космических лучей. Когда экипаж «Аполлона» доставил на Землю образцы лунного грунта, Дэвис был в группе исследователей, которые анализировали состав этих образцов. При этом произошел интересный случай. Вот что рассказывает о нем сам Дэвис: «Когда мы занимались обработкой образцов с “Аполлона-12”, один из перчаточных боксов[22] в Хьюстоне разгерметизировался. Так мне довелось целых две недели провести в карантине вместе с астронавтами и еще несколькими невезучими учеными – пока врачи не убедились, что мы не заразились какими-нибудь лунными инфекциями». Несмотря на участие в различных научных исследованиях, Дэвис на протяжении всей жизни ничем так не интересовался, как охотой за нейтрино.
Поделиться книгой: