Помимо энергичного Дибнера, сына дипломата Вайцзеккера и блестящего, но бестолкового Гейзенберга, решающую роль в истории Уранового клуба сыграл еще один его член. К несчастью для Вальтера Боте, его вклад обернулся не открытием или прорывом, а колоссальным просчетом.
Боте занимал в немецкой науке странное положение – наполовину легенда, наполовину неудачник. Легендой он стал благодаря храбрости и хладнокровию, проявленным во время Первой мировой войны. Получив в 1914 г. докторскую степень, он был призван в немецкую стрелковую часть, попал в плен в России и следующие пять лет провел в отдаленном лагере в Сибири. Но он не сдался и продолжал вести там независимые исследования в области математики и теоретической физики, даже составив собственную таблицу логарифмов, чтобы легче было производить вычисления. Он также нашел время, чтобы выучить русский язык, поухаживать за русской женщиной и жениться на ней. В Германию в 1920 г. он вернулся вместе с женой, будучи героем войны и ярким примером сохранения достоинства в тяжелейших условиях.
Но 1930-е годы обрушили на Боте ряд ударов. Подобно супругам Жолио-Кюри – фактически даже раньше них – он в нескольких экспериментах обнаружил убедительные доказательства существования нейтрона, но неверно истолковал свои результаты. Но, в отличие от Жолио-Кюри, других крупных открытий, которые могли бы скомпенсировать этот промах, он не совершил. Положение усугублялось тем, что его чудесный брак расстроился и он все больше тяготился семейной жизнью. В довершение всех бед как умеренный противник нацистов он попал в научную изоляцию и был оттеснен в сторону коллегами, которые с бóльшим рвением восприняли арийские идеи. Этот тройной удар – в профессиональной, личной и политической сферах – в конце концов сломил Боте: его здоровье было подорвано, он пережил нервный срыв и в результате попал в лечебницу.
Желая вырваться из Германии, лысеющий усатый Боте летом 1939 г. отправился в США с лекциями. Он собирался провести время в одиночестве, сосредоточившись на науке, но на борту корабля встретил Ингеборг Мёршнер, жизнерадостную и кокетливую блондинку на 30 лет моложе себя. К его удивлению, Мёршнер ответила ему взаимностью, и в его душе вспыхнули давно дремавшие страсти и потребность в любви. Целые дни он проводил в мечтах о ней – и много бессонных ночей вместе с ней: пожилой физик и молодая чиновница-нацистка стали любовниками.
По удачному совпадению оба сначала направлялись в Нью-Йорк, поэтому Боте сопровождал ее при осмотре Всемирной выставки в Квинсе, где они прогуливались рука об руку. Спустя несколько недель по счастливой случайности их маршруты снова пересеклись в Сан-Франциско, где она начала работать в консульстве Германии, а Боте планировал изучить конструкцию циклотрона в Калифорнийском университете в Беркли. Встретившись, они отправились осматривать достопримечательности. У Боте дома остались жена и двое детей, но он выбросил их из головы и с радостью поддался безумному увлечению.
Маршруты их, разумеется, совпали не случайно. Мёршнер шпионила за ним с момента их встречи на борту, сообщая в Берлин обо всех его передвижениях. (С женой-иностранкой и желанием поехать в Америку Боте, несомненно, попал под подозрение.) Боте об этом и не подозревал, а к возвращению в Германию в конце лета вообще сильно изменился. Он даже стал демонстрировать явные симпатии к нацистской партии. Во время первой встречи Уранового клуба, пока остальные участники хмыкали и хмурились, слушая о планах разработки атомной бомбы, Боте призывал их сплотиться и поддержать проект. «Господа, это необходимо сделать», – заявил он.
В клубе он получил важную роль в проекте разработки уранового реактора. Как несколькими годами ранее доказал Энрико Ферми, скорость нейтронов играет важную роль в расщеплении ядра. В частности, ученые знали, что уран-238 лучше взаимодействует с быстрыми нейтронами, а способный к делению уран-235 – с медленными. Таким образом, задача при создании реактора состояла в том, чтобы снизить скорость нейтронов для уменьшения шансов их поглощения ураном-238 и увеличения шансов их захвата ураном-235. По техническим причинам ученые назвали снижение скорости нейтронов их «усмирением».
Ферми замедлял нейтроны с помощью воды из пруда и парафина, но ученые подозревали, что и другие вещества могут так же хорошо работать в качестве замедлителей, в частности графит. (Большинство людей представляют графит лишь в виде «свинцового» грифеля в карандаше, хотя на самом деле это чистый углерод.) Боте поставил два вопроса о графите. Во-первых, насколько хорошо он замедляет нейтроны? В этом отношении углерод, имея небольшой атомный вес, казался многообещающим, но это следовало проверить экспериментально. Во-вторых, поглощает ли графит нейтроны? Некоторые элементы имеют дурное обыкновение поглощать одинокие нейтроны, подавляя цепные реакции. Боте нужно было определить, не входит ли в их число углерод.
Он работал с массивными кусками графита – шарами около метра в диаметре. В них просверливалась «печная труба», через которую в начале эксперимента нужно было бросить источник нейтронов в центр шара. Оттуда нейтроны пробивались наружу, многократно сталкиваясь с атомами углерода по мере продвижения к поверхности. В конце концов они либо поглощались углеродом, либо, вылетев из шара, фиксировались детектором. Исходя из количества и скорости распознанных нейтронов, Боте мог определить, насколько эффективно графит их замедляет и сколько нейтронов поглощает. Все довольно-таки просто.
К сожалению, Боте не сумел сосредоточиться на работе. Он так и не прекратил роман с Мёршнер, которая переехала в Лиссабон, после того как правительство США закрыло немецкое консульство в Сан-Франциско (оно было переполнено шпионами). Варвара, жена Боте, вскоре узнала о его увлечении – вроде бы после того, как Мёршнер однажды вечером позвонила ему домой и Варвара сняла трубку. Несмотря на гнев супруги (а возможно, как раз из-за него), Боте цеплялся за свою любовную связь и, по его собственным словам, постоянно отвлекался от дел. В первую годовщину их встречи он написал Мёршнер: «Я весь день рассуждал о физике, думая только о тебе». Он также называл себя «опьяненным подростком» и вспоминал, как, тоскуя по ней, снова и снова играл Лунную сонату Бетховена.
С учетом такого настроя неудивительно, что его эксперименты не давали нужного результата. В теории среднестатистический нейтрон, выбираясь по трубе из графитовой сферы, должен пройти 71 см, прежде чем будет поглощен; у Боте нейтроны в среднем проходили всего 58,4 см. Он старался покупать самый чистый графит, какой только мог, но подозревал, что и в нем могут содержаться примеси, такие как бор и кадмий, которые активно поглощают нейтроны. Поэтому он попытался найти источники более чистого углерода. Его главная идея заключалась в том, чтобы сжигать обычный сироп или кондитерский сахар, превращая их в тлеющую черную массу. Иными словами, в какой-то момент ключевым ингредиентом нацистской атомной бомбы служили леденцы.
Эти эксперименты тоже не увенчались успехом, и Боте обратился к промышленной компании с просьбой предоставить еще один графитовый шар для окончательного испытания. Он попросил самый чистый материал, который у них был, и получил сферу диаметром около 120 см. Не совсем полагаясь на заверения компании, он провел несколько собственных анализов, для чего сжег небольшой кусок шара и проверил пепел. Графит казался достаточно чистым. Можно себе представить его шок, когда эксперименты снова провалились. В этом сверхчистом графите нейтроны в среднем проходили до поглощения всего 35,5 см – половину того, что предсказывала теория. Вопреки всем ожиданиям графит оказался ужасным замедлителем, и Боте написал об этом в своем отчете.
Эта ошибка имела одно из самых серьезных последствий в истории науки. Другой немецкий ученый, не работавший на проекте, прочитал отчет и понял, что одуревший от любви Боте совершил ошибку во время проверки графита на чистоту. Пепел, который он исследовал, несомненно, содержал чистый углерод; но процесс нагрева и сжигания графита удалил все поглощающие нейтроны примеси, не оставив от них в пепле никаких следов. Этот ученый написал отзыв, опровергающий выводы Боте, но по какой-то причине – возможно, из-за бюрократического соперничества между различными группами исследователей – он не дошел по назначению. В результате ни Боте, ни другие члены Уранового клуба так, по-видимому, никогда и не узнали о своей ошибке.
Учитывая высокую стоимость графита и, казалось бы, однозначные результаты экспериментов Боте, Урановый клуб исключил углерод из рассмотрения. Вместо этого его члены обратили свое внимание на другой замедлитель, так называемую тяжелую воду. С научной точки зрения это было не очень значительное изменение. В политическом же плане это был радикальный поворот, вскоре приведший к многочисленным смертям в безлюдных районах Северной Европы.
Глава 10Тяжелая вода
В сентябре 1939 г., выступая в Данциге, Адольф Гитлер пообещал обрушить на противников «оружие, от которого невозможно защититься». Бог знает, какие фантазии были у него в голове, но ряд официальных лиц в странах-союзницах сразу пришли к выводу: это атомная бомба. В пользу этой теории указывало и то, что Германия уже запретила экспорт урана из Третьего рейха. Не меньше тревожили и сообщения агентов французской разведки о том, что нацисты явно заинтересовались тяжелой водой.
Подобно урану-235 и урану-238, водород тоже бывает разных типов. Большинство атомов водорода имеют простейшее строение, с единственным протоном в качестве ядра. Однако один из каждых 6400 атомов водорода содержит протон и нейтрон; это называется тяжелым водородом (или дейтерием, обозначаемым символом D). Соединение двух тяжелых атомов водорода с атомом кислорода образует тяжелую воду (D2О). Выглядит она так же, как обычная вода, но имеет другие свойства. Она более плотная и при употреблении внутрь в больших количествах (скажем, литров десять) может повреждать ДНК и нарушать обмен веществ. По сравнению с обычной водой она также усиливает ядерные цепные реакции. Это связано с тем, что обычная вода при смешивании с ураном поглощает часть высвобожденных нейтронов, что препятствует протеканию цепных реакций. Тяжелая вода нейтроны не поглощает, а только замедляет их, поэтому идеально подходит для возбуждения урана-235.