Особенно большие надежды физики связывали с облучением элемента № 92, занимавшего тогда в таблице Менделеева последнюю клетку. Ферми ожидал, что естественный уран, захватив нейтрон, перейдет в искусственный изотоп 239U, а затем уран-239, испустив бета-частицу, превратится в изотоп первого зауранового элемента с атомным номером 93!
На первых порах надежды сбывались. Из облученного нейтронами урана д’Агостино выделил излучатель с периодом полураспада 13 минут. Во всех химических процедурах неизвестная активность следовала за рением. Напрашивался вывод: химические свойства рения и полученного в нейтронной бомбардировке радиоактивного изотопа близки между собой. Из урана после нейтронного захвата мог получиться только очень тяжелый элемент. Среди таковых элементов химическим аналогом рения мог быть только элемент № 93. Во всяком случае, так считалось в 1934 году.
Нашлись и дополнительные доказательства. Поставили решающий контрольный опыт – experimentum crucis, основанный на простой, логически ясной идее: если растворить облученный уран и очистить раствор от всех элементов с атомными номерами от 82 до 92 (свинец – уран), то в этой, уже совсем не мутной, водице легче всего будет поймать трансурановую рыбку. Только бы осталась в растворе хоть какая-нибудь активность! Ферми и его коллеги (как, впрочем, и все физики в те годы) не допускали мысли, что легкий нейтрон сможет так «переворошить» урановое ядро, что из него получится «досвинцовая» активность. Ведь для этого нужно вырвать из уранового ядра десяток протонов – задача непосильная для легкой частицы. Раствор очистили. Тринадцатиминутный изотоп остался!
4 июня 1934 года Орсо Корбино произнес речь на сессии Академии дей Линчей, в которой рассказал об экспериментах «ребят с улицы Панисперна». Конец речи звучал так: «По этим успешным экспериментам, за которыми я слежу ежедневно, я полагаю себя вправе заключить, что новый элемент уже получен».
Казалось, первый трансурановый элемент состоялся… Однако доказать это не удалось. Что-то было не так! Настораживали данные, появившиеся в других лабораториях: в облученном уране нашли несколько радиоактивных изотопов, химические свойства которых позволяли считать их трансурановыми элементами с атомными номерами от 93 до 96. Но в то же время в тех же опытах были зарегистрированы излучатели со свойствами тория, протактиния и других доурановых элементов. Возникла невероятная путаница. Вокруг «трансуранов» шли горячие споры. Результаты Ферми и его товарищей то поднимались на щит, то опровергались, подчас в очень резкой форме. Все сходились на мысли, что «что-то есть». Но что?! Достоверного ответа на этот вопрос физики не могли получить в течение нескольких лет. Дискуссия то затихала, то возобновлялась с новой силой.
В период с 1934 по 1936 год Ферми целиком посвятил себя нейтронным исследованиям. Его опыты были глубоко продуманы. По существу ученый наметил верный путь к новому элементу – нептунию, 93-му в таблице Менделеева. Нептуний на самом деле образовывался в облученном уране. Однако более мощное явление – деление ядер – заслонило слабое излучение трансурана. Путанице поспособствовало и неправильное представление о положении тяжелых элементов в периодической системе. Предсказание Нильса Бора, сделанное еще в 1920 году, о том, что где-то в области урана должен начинаться второй редкоземельный ряд, было прочно забыто…
Тем не менее, всемирно известные нейтронные опыты Энрико Ферми навсегда вошли в историю естествознания как первая научно обоснованная попытка синтезировать трансурановый элемент.
Что же особенно выделяло Ферми среди других известных экспериментаторов? Его не отличало какое-либо особое искусство конструирования сложной аппаратуры и постановки «акробатических» экспериментов (впрочем, ученый быстро овладел и этим искусством, когда в том появилась необходимость). Конечно, Ферми был в высшей степени энергичным, работоспособным, терпеливым и упорным, но такими качествами обладали, вероятно, все великие естествоиспытатели. По-видимому, уникальная черта Ферми, ученого XX века, свойственная великим физикам прошлых веков, заключалась в объединении экспериментального подхода с теоретическим. Он сам часто говорил, что разделение физики на теоретическую и экспериментальную – это вредная вещь. Именно благодаря этой его черте он всегда умел ставить самые существенные вопросы и затем быстро отвечать на них с помощью самых простых, но адекватных для решения поставленной задачи экспериментов.
«Аппаратурной эстетикой» ученый совершенно не увлекался. Единственное, чего он требовал от своих экспериментальных установок, – чтобы они действовали так, как он наметил. Однажды Разетти стал критиковать Ферми за то, что он изготовил некрасивую установку. «Но она работает», – заметил Ферми. Теперь уже рассерженный Разетти наступал: «Энрико, в экспериментальной работе ты способен на недостойные поступки! Посмотри на этот электрометр Эдельмана… – Разетти имел в виду блестящий, хромированный, нарядный и прекрасный прибор, бывший в глазах членов группы символом технического совершенства. – Если бы ты считал, что для получения некоторых сведений его следует смазать «куриной кровью»[37], ты бы сделал это. А я не способен на такой поступок, даже если бы был уверен, что это даст мне Нобелевскую премию. Признайся, Энрико, что ты бы так сделал». И Ферми, который высоко ценил экспериментальный талант Разетти, спокойно ответил: «Конечно, я выкупал бы все наши электрометры в куриной крови, если бы это помогло узнать что-нибудь существенное».
В 1935 году, через несколько месяцев после начала экспериментов, Ферми и его сотрудники обнаружили, что если нейтроны замедлить, пропуская через воду и парафин, то они более эффективно инициируют ядерные реакции. Замедление нейтронов обусловлено их столкновениями с ядрами водорода (протонами), в больших количествах содержащимися в этих средах. При столкновениях нейтронов и протонов значительная часть энергии нейтронов теряется, так как массы этих частиц почти равны. Столь же значительная передача энергии наблюдается при столкновениях бильярдных шаров с одинаковыми массами.
…Тем временем режим Муссолини в Италии все более ужесточался. В 1935 году итальянская агрессия против Эфиопии привела к экономическим санкциям по отношению к Италии со стороны членов Лиги Наций. В результате в 1936 году Италия заключила союз с нацистской Германией. После принятия итальянским правительством в сентябре 1938-го антисемитских гражданских законов супруги Ферми решили эмигрировать в США, куда ранее ученый неоднократно выезжал для чтения лекций. Выдающийся физик обратился в четыре американских университета, отовсюду получил быстрые положительные ответы и решил принять должность профессора Колумбийского университета. Ферми информировал итальянские власти о том, что уезжает в Америку на полгода. 6 декабря семья покинула Рим, направляясь в Стокгольм, где 10 декабря 1938 года ученому была вручена Нобелевская премия в области физики. В решении Нобелевского комитета говорилось, что премия присуждена Ферми «за доказательства существования новых радиоактивных элементов, полученных при облучении нейтронами, и связанное с этим открытие ядерных реакций, вызываемых медленными нейтронами». «Наряду с выдающимися открытиями Ферми всеобщее признание получили его искусство экспериментатора, поразительная изобретательность и интуиция… позволившая пролить новый свет на структуру ядра и открыть новые горизонты для будущего развития атомных исследований», – заявил, представляя лауреата, Ханс Плейель из Шведской королевской академии наук.
