альфа-частицы, получившийся источник выдавал сравнительно небольшое число нейтронов в секунду, и Ферми с Разетти безуспешно пытались облучить им несколько образцов.
В этот момент Разетти, проявив удивительное отсутствие заинтересованности в этом историческом эксперименте, уехал на пасхальные каникулы в Марокко. Ферми пытался найти более мощный источник нейтронов. Основная причина, по которой полоний вообще стали использовать, – не только в Риме, но и в Париже, Кембридже и Берлине, – заключалась в том, что более сильные источники альфа-частиц, например радон, испускают также большое количество бета- и гамма-излучения, что мешает работе приборов и затрудняет измерения. Ферми внезапно понял, что, поскольку он пытается наблюдать запаздывающий эффект, все его измерения все равно будут проводиться уже после удаления источника нейтронов: поэтому бета- и гамма-излучение ему никак не помешает и, следовательно, он может использовать радон. Радона было сколько угодно у Трабакки, и он охотно им делился; поскольку время полураспада этого элемента составляет 3,82 суток, он в любом случае не подлежал длительному хранению, а грамм радия, хранившийся у Трабакки, непрерывно производил все новые и новые порции этого газа.
Итак, в середине марта Ферми, одетый в серый лабораторный халат, принес в подвал Физического института на виа Панисперна маленький обрезок стеклянной трубки длиной не более первой фаланги мизинца. Трубка была запаяна с одного конца и частично наполнена порошком бериллия. Он установил запаянный конец этой капсулы в резервуар со сжиженным воздухом. При температуре –200 °C радон, направляемый из выходного патрубка очистной установки в капсулу, конденсировался на ее стенках. Затем Ферми нужно было постараться как можно быстрее нагреть открытый конец трубки и запечатать его, не повредив стекла, чтобы радон не успел испариться и улетучиться. Когда ему это удалось, он завершил изготовление нейтронного источника, вставив капсулу в полуметровую стеклянную трубку большего диаметра и зафиксировав ее в дальнем конце этой трубки, чтобы источник можно было держать, оставаясь на безопасном расстоянии от испускаемого им гамма-излучения. Несмотря на столь долгую и трудоемкую подготовку, срок службы такого источника был невелик.
Вначале Ферми работал в одиночку. Он планировал облучить в общей сложности большинство элементов периодической системы и методически начал с самых легких. По его расчетам, источник вырабатывал более 100 000 нейтронов в секунду [930]. «Небольшие цилиндрические контейнеры с исследуемыми веществами, – объяснял он в своем первом отчете, – подвергались воздействию радиации в течение периодов длительностью от нескольких минут до нескольких часов». Первым делом Ферми облучил воду – это позволяло проверить сразу водород и кислород, – затем литий, бериллий, бор и углерод; ни в одном из этих веществ радиоактивности не возникло. Лаура Ферми говорит, что такое отсутствие результатов вызвало у него некоторые колебания, но Ферми редко рассказывал дома о своей работе, и кажется маловероятным, чтобы у него появились серьезные сомнения. Из работы Жолио-Кюри он знал, что алюминий, расположенный в периодической системе лишь немногим дальше, реагирует на облучение альфа-частицами, а нейтроны должны были оказаться еще более действенными.
Как бы то ни было, следующая попытка, с фтором, была успешной: «Фтористый кальций, облучавшийся в течение нескольких минут и быстро приближенный к счетчику, вызывает в первые секунды рост числа импульсов; этот эффект быстро спадает, достигая половинного уровня приблизительно за 10 секунд» [931].
Вскоре он обнаружил в алюминии радиоактивность с периодом полураспада в двенадцать минут, что не совпадало с открытием супругов Жолио-Кюри. Чтобы подчеркнуть связь своей работы с их исследованиями, Ферми начал описание своих результатов в письме в Ricerca Scientifica от 25 марта 1934 года именно с алюминия.
Этот первый отчет о «радиоактивности, наведенной нейтронами» был помечен римской цифрой I. Поиски продолжались. Ферми привлек к дальнейшей работе Амальди и Сегре и послал Разетти в Марокко телеграмму, призывавшую его срочно вернуться домой. Сегре пишет:
Мы организовали свою деятельность следующим образом: Ферми производил большую часть экспериментов и вычислений. Амальди занимался тем, что мы назвали бы сейчас электроникой, а я отвечал за облучаемые вещества, источники и так далее. Разумеется, это разделение обязанностей вовсе не было жестким, и все мы участвовали во всех этапах работы, но области нашей ответственности были распределены приблизительно таким образом, и работа шла очень быстро. Мы нуждались в любой доступной помощи, так что даже приставили к делу младшего брата одного из студентов (лет, наверное, двенадцати), убедив его, что ему поручают очень интересное и важное дело – подготовку аккуратных бумажных трубок, в которых мы могли бы облучать свои материалы [932].
В следующем письме [933], отправленном в Ricerca Scientifica (и, в сокращенном виде, в Nature), сообщалось об искусственно наведенной радиоактивности в железе, кремнии, фосфоре, хлоре, ванадии, меди, мышьяке, серебре, теллуре, йоде, хроме, барии, натрии, магнии, титане, цинке, селене, сурьме, броме и лантане. К тому времени они разработали стандартную процедуру: вещества облучали в одном конце второго этажа, а измерения радиоактивности счетчиками Гейгера проводили в другом его конце, к которому вел длинный коридор. В такой конфигурации счетчики не подвергались воздействию фонового излучения источника нейтронов. Но это также означало, что, когда период полураспада радиоактивности был коротким, кому-то нужно было бежать по коридору. «Амальди и Ферми гордились тем, что они бегают быстрее всех, – отмечает Лаура Ферми, – и поэтому в их обязанности входило доставлять облученные вещества с коротким периодом полураспада из одного конца коридора в другой. Они всегда бежали наперегонки, и Энрико утверждал, что он обычно обгонял Эдоардо. Но Энрико вообще не любил проигрывать» [934]. Однажды в институт явился некий респектабельный испанец, хотевший поговорить с «его превосходительством сеньором Ферми». Молодой римский профессор теоретической физики, несшийся по коридору в развевающемся грязном лабораторном халате, чуть не сбил его с ног.
В конце концов они добрались до урана и составили приблизительную классификацию наблюдавшихся эффектов. Легкие элементы, как правило, превращались в элементы еще более легкие, испуская протон или альфа-частицу. Однако существующий вокруг ядра электрический барьер препятствует не только входу, но и выходу [935], причем прочность этого барьера возрастает с увеличением атомного номера. Поэтому тяжелые элементы становились не легче, а тяжелее: они захватывали налетающий нейтрон, испускали его энергию связи в виде гамма-излучения и, поскольку их масса увеличивалась на массу нейтрона, а заряд не увеличивался и не уменьшался, превращались в более тяжелый изотоп того же элемента. Затем этот изотоп распадался через запаздывающее испускание отрицательно заряженных бета-лучей до элемента с бо́льшим на единицу атомным номером. То же самое происходило и с ураном: по прошествии некоторой задержки он испускал бета-излучение, то есть электрон. Это означало, понял Ферми,
