Roger Orrit - Получение энергии. Лиза Мейтнер. Расщепление ядра

Фройляйн Мейтнер — профессор Мейтнер — вынуждена была покинуть нашу лабораторию в июле 1938 года из-за режима Гитлера, ей пришлось уехать в Швецию. Штрассман и я начали работать в одиночку, и осенью 1938 года мы обнаружили странные результаты.

Отто Ган

Для выделения и идентификации элементов Ган использовал очень точный химический процесс — фракционную кристаллизацию, так что возможность ошибки была невелика. В письме Гана мы читаем:

«Возможно, ты натолкнешься на какое-нибудь фантастическое объяснение. Известно, что [уран] не может взорваться просто так и превратиться в барий».

В ядре бария 56 протонов, то есть примерно половина протонов урана, которых 92. Самым простым объяснением казалось, что после того как нейтрон поглощается ядром урана, он вызывает реакцию, после которой первоначальное ядро делится пополам. Однако знания о радиоактивности не позволяли установить точный механизм этого процесса.

В конце 1930-х годов существовало убеждение, что ядро — это плотная стабильная структура в центре атома, и казалось невозможным, что оно может распасться надвое из-за поглощения частицы, не имеющей электрического заряда, такой как нейтрон. Раньше некоторым физикам удавалось в результате бомбардировки ядра вырвать несколько протонов, но они не могли и представить, каким образом может разделиться тяжелое ядро урана. Научное сообщество во главе с Энрико Ферми пришло к выводу, что при поглощении нейтрона в ядре урана начинается серия реакций, в результате которых образовываются атомы с большим атомным числом, чем сам уран.

Письмо, отправленное Ганом Мейтнер, датировано 19 декабря 1938 года.

Оно было написано прямо из лаборатории — словно ученому не терпелось обратиться к коллеге, не откладывая это до возвращения домой. В письме мы читаем:

«Дорогая Лиза!

Сейчас уже 11 вечера. В 11:45 придет Штрассман, и возможно, тогда я, наконец, смогу пойти отдохнуть.

Кстати, насчет «изотопов радия» есть кое-что настолько важное, что сейчас мы можем рассказать об этом только тебе. Полужизни трех изотопов были определены достаточно точно, они могут отделяться от всех элементов, кроме бария, все реакции возможны с радием. Но одна из них нелогична, по крайней мере очень необычна — фракционирование не работает. Наши изотопы радия ведут себя, как будто являются барием. [...] Пожалуйста, подумай, есть ли этому какое-то объяснение. Может быть, существует изотоп бария с атомным весом гораздо выше 137? Если тебе придет в голову что-нибудь, что можно опубликовать, это будет в некотором роде наша общая работа — всех троих».

Отто Ган в 1938 году.

Барий и радий относятся к одной группе, стоят в одной колонке периодической таблицы. Это означает, что они обладают схожими химическими характеристиками, а главное их различие заключается в массе. Радий находится близко от урана, поэтому его присутствие при поглощении ядром нейтрона можно было предсказать, но появление бария было абсолютно необъяснимым.

Обнаружение бария было удивительным и неожиданным: этот факт не соответствовал теоретической модели, на которую опирались физики и химики той эпохи. Объяснить его можно было или ошибкой в постановке и осуществлении эксперимента, или тем, что некоторые предпосылки общепринятых знаний были ошибочны.

Мейтнер следила за научным прогрессом в данной теме, несмотря на сложные жизненные обстоятельства, в результате которых она оказалась в Швеции. Исследовательнице пришлось покинуть дом, буквально сбежать из Германии с двумя чемоданами в руках и меньше чем десятью марками в кармане. Вскоре после побега Лиза узнала, что ее зять арестован и отправлен в концлагерь. Впоследствии его освободили, но Мейтнер очень переживала за близких, оставшихся в Германии. Ее научное будущее также оставалось неясным: все шло к тому, что после стольких лет работы в Институте кайзера Вильгельма в Берлине, рука об руку с самыми знаменитыми учеными эпохи, она будет вынуждена завершить карьеру.

На Рождество Мейтнер ждала в гости своего племянника Отто Роберта Фриша, который под влиянием тети также занимался физикой и работал в то время в Копенгагене, в Институте физики под руководством Нильса Бора. Фриш вспоминал: