Все началось с Резерфорда

30 августа исполнилось 150 лет со дня рождения основоположника ядерной физики Эрнеста Резерфорда.

Посмотрим на историю физики первой половины XX века как на предысторию нашего Института - иными словами, применим к нему так называемый антропный принцип, столь популярный сегодня среди физиков и космологов.

Можно по традиции начать с 1911 года, когда Эрнест Резерфорд обнародовал модель атома, получившую название планетарной. Можно начать с 1932-го, когда стало ясно, из чего состоит ядро. Можно с 1919-го, первой рукотворной ядерной реакции. Можно вспомнить 1904 год, первую Бейкеровскую лекцию Резерфорда "Последовательность превращений в радиоактивных семействах". Можно начать с 1903-го, когда Резерфорд подвел черту под исследованиями радиоактивности, сделанными в сотрудничестве с Фредериком Содди (закон радиоактивного распада) и вплотную занялся альфа-частицами. В его лабораторном журнале, дневнике будущих открытий, рассеяние альфа-частиц - это проблема №21.

Но как ни начинай, это будут Резерфорд и его ученики, за единственным исключением - за исключением открытия электрона, который открыл Дж. Дж. Томсон, хотя... учитель Резерфорда!

О Резерфорде говорили, что он как никто другой умеет задавать природе правильные вопросы и, как следствие, получать внятные ответы. Вы счастливый человек, говорили ему, вы всегда на гребне волны. Да, но разве не я ее поднял? - смеясь, возражал Резерфорд. Во всяком случае, отчасти.

Начнем с 1906 года, когда связь между альфа-частицами и гелием была уже установлена и оставалось только окончательно ее доказать. Резерфорд обращает внимание на расширение пучка альфа-частиц при прохождении через пластинку слюды. Спинтарископ Крукса из игрушки для физиков превращается в его руках в физический прибор, а альфа-частицы из объекта исследования - в исследовательский инструмент: с их помощью Резерфорд рассчитывает найти распределение электрического заряда в атоме, проверить пудинговую модель Дж. Дж. Томсона. Изнурительный труд по подсчету сцинцилляций возлагается на уже сложившегося физика Ганса Гейгера и начинающего Эрнеста Марсдена. Резерфорду приходит в голову мысль поручить молодому Марсдену посмотреть, не могут ли альфа-частицы рассеиваться на большие углы?

Оказалось, что в среднем одна из 8000 альфа-частиц возвращается назад. Историю эту главные действующие лица излагали по-разному. В лекции "40 лет развития физики" Резерфорд рассказывал об этом так: "Помню, ко мне пришел взволнованный Гейгер и сказал: "Нам удалось наблюдать альфа-частицы, возвращающиеся назад". Это было самым невероятным событием, которое мне пришлось пережить. Это было почти столь же невероятно, как если бы вы выстрелили 15-дюймовым снарядом в листок папиросной бумаги, и он вернулся бы назад и угодил бы в вас. При анализе этого я понял, что такое рассеяние назад должно быть результатом однократного столкновения и, произведя расчеты, увидел, что это никоим образом невозможно, если не предположить, что подавляющая часть массы атома сконцентрирована в крошечном ядре".

Пока Гейгер и Марсден набирали статистику, их шеф прошел курс теории вероятностей и вывел формулу Резерфорда. Оказалось, что экспериментальные данные хорошо ложатся на теоретическую кривую. Год прошел в сомнениях, а в марте 1911-го Резерфорд объявил, что он знает, как устроен атом; молодому датскому физику Нильсу Бору оставалось только разобраться с орбитами электронов.

Эксперимент по рассеянию альфа-частиц вошел в десятку самых красивых физических экспериментов, начиная с Эратосфена. Так родилась ядерная физика, а вместе с ней и проблема атомного ядра.

Исследования на время прервала Первая мировая война, но уже в 1919 году Резерфорд осуществил первую в истории человечества рукотворную ядерную реакцию: при облучении азота альфа-частицами были обнаружены следы H-частиц - водородных ядер, получивших вскоре более привычное для нас название протон. Так начиналась алхимия XX века (а до создания Лаборатории ядерных реакций оставалось 36 лет). Резерфорд поручил своему новому сотруднику Патрику Блэкетту разобраться в деталях. Блэкетт приспособил к камере Вильсона фотоаппарат, который периодически срабатывал. В 1924 году Блэкетт сделал 25 тысяч фотографий, просмотрел 400 тысяч треков и обнаружил 6 свидетельств реакции: N + He O + p - и с этого началась эпоха автоматизации физического эксперимента.

В 1920 году в своей второй Бейкеровской лекции "Столкновение альфа частиц с легкими ядрами и аномальный эффект в азоте" Резерфорд высказал предположение, что в природе может существовать еще одна частица, что-то вроде связанного состояния протона и электрона, которая в силу своей нейтральности должна обладать исключительной проникающей способностью. Нейтрон дважды являлся физикам в экспериментах и дважды оставался неузнанным, пока Джеймс Чадвик не распознал в нем частицу Резерфорда.

В том же 1932 году Джон Кокрофт и Эрнст Уолтон, разогнав на линейном ускорителе протоны до энергии 600 КэВ, "расщепили атом": ядро лития, подхватив протон, развалилось на две альфа-частицы. В том же году Эрнест Лоуренс показал свой первый циклотрон, который уместился у него на ладони, и с этого началась эра циклических ускорителей; 4 года спустя очередной циклотрон достиг энергии 8 МэВ, а в 1937-м дал ток 1-метровый циклотрон в Радиевом институте в Ленинграде.

К 1956 году, когда родился ОИЯИ, основные научные направления, которые до сих пор развиваются, уже определись. А.А.Тяпкин рассказывал, что П.Л.Капица, когда ему показали наши ускорители, поинтересовался: "Значит вы так и не отошли от методики Резерфорда?"

Александр РАСТОРГУЕВ