И зримо ясным было: чем выше энергия альфа-частицы, тем ближе к вершине горы расположен ее туннель. И тем он короче. А следовательно, тем вероятней альфа-распад. И стало быть, тем меньше среднее время жизни радиоактивного элемента. Но как раз такая — обратно пропорциональная — зависимость между энергией испускаемых альфа-частиц и периодом полураспада альфа-излучателей была замечена в резерфордовской обители уже давно, еще в манчестерские времена, и получила название закона Гейгера — Нэттолла.
Туннельный эффект был тем самым волновым просачиванием микрокентавров через потенциальный барьер, которое могла предсказать только квантовая механика. С помощью волнового уравнения Шредингера и Соотношения неопределенностей Гейзенберга теоретически получались результаты, прежде бытовавшие в теории радиоактивности как эмпирические закономерности.
— Работа Гамова произвела колоссальное впечатление в Кембридже. Все были взбаламучены. — Это слова К. Д. Синельникова, к той поре уже год как работавшего в Кавендишевской лаборатории.
А что уж говорить о реакции Резерфорда!
Вдруг, проснувшись однажды утром, он обнаружил, что может без новых усилий «узнать об атомном ядре немножко больше». Но, сверх того, и это было особенно важно, он смог окончательно и бесповоротно увериться в могуществе квантово-механических подходов и построений. Теория туннельного эффекта сумела не только разрешить многие старые трудности, но еще и предсказала необычные возможности лабораторного вторжения в атомное ядро. Ничем другим нельзя было бы подкупить Резерфорда вернее.
«У волновой механики удивительное свойство — она работает…» — стал говорить он. Запас карман не ломит: насмешливый эпитет «удивительное» гарантировал ему приятное право в случае чего поворчать вместе со всеми скептиками по поводу философской неблагонадежности вероятностного понимания микромира. Однако существенно было, что работоспособность новой механики признавалась им теперь не молча, а вслух и с деловыми последствиями. Вполне деловыми.
А суть новых возможностей эксперимента хорошо и точно отражалась в появившемся тогда термине — «обратный туннельный эффект». Буквально — обратный: речь шла уже не об испускании альфа-частицы, а об ее проникновении снаружи в атомное ядро.
Ясно было, что и на этом пути перед нею вырастает гора потенциального барьера. Не какого-нибудь нового, а уже знакомого нам энергетического барьера, но только обращенного к ней теперь своим внешним склоном. В самом деле: несущая двойной положительный заряд, она не может ворваться в ядро, не преодолев сначала мощных сил отталкиванья положительного заряда этого ядра. Они-то и создают внешний склон барьера, да и вообще повинны в его существовании, ибо как раз против них и должны работать силы внутриядерного притяжения. И будь альфа-частицы классическими корпускулами, им для успеха вторжения… Стоит ли повторять все сначала? Довольно конца. Они микрокентавры, частицы-волны, и для успеха вторжения в ядро им не надо обладать энергией, обязательно превышающей высоту барьера. Они и снаружи способны просачиваться через него так же, как изнутри.
Короче: альфа-частицы способны на обратный туннельный эффект точно так же, как и на прямой. Последствия очевидны: скажем, для вторжения в ядро урана, окруженное барьером в 10 миллионов электрон-вольт, альфа-частице вовсе не нужно двигаться с такой энергией. Достаточно и меньшей. Правда, чем меньше она, эта энергия движения, тем меньше вероятность успеха. Однако хоть и с меньшей вероятностью, но вторжение медленных частиц все-таки происходить будет…
Стоило только в этих рассуждениях, разумеется оснащенных математическими парусами, заменить альфа-частицы протонами, как открывались, благодаря обратному туннельному эффекту, соблазнительнейшие перспективы. Не смогут ли протоны послужить еще более эффективной атомной артиллерией, чем альфа-частицы? Несущие одинарный, а не двойной заряд, они ведь должны отталкиваться ядрами с меньшей силой, чем альфа-частицы. Потенциальный барьер любого ядра будет для них как бы ниже. И, снабженные даже относительно малой энергией, не сумеют ли они со сравнительно большой вероятностью проникать в ядра, вызывая их трансмутации?
Предварительные расчеты Гамова обнадеживали: для успешной бомбардировки легких ядер достаточно было взять протоны с энергией порядка 105 электрон-вольт. Не о миллионах, а всего лишь о сотнях тысяч электрон-вольт пошел разговор! По тем временам это имело громадное, если не решающее значение.
Легко говорится «взять протоны нужной энергии». Это особенно легко говорится во второй половине XX века, когда атомно-ядерные лаборатории с их гигантскими ускорителями стали циклопическими сооружениями землян, а протоны-миллиардеры сделались такой же лабораторной обыденностью, как рентгеновы лучи. Но на рубеже 20—30-х годов нашего столетия протоны в тысячу раз менее энергичные — протоны-миллионеры — чудились Резерфорду почти неосуществимой мечтой. За год до открытия туннельного эффекта, осенью 27-го года, вручая на заседании Королевского общества почетную медаль д-ру Кулиджу, создателю известной лучевой трубки, сэр Эрнст именно в такой мечтательной интонации говорил об «изобильном снабжении» экспериментаторов потоками заряженных частиц более энергичных, чем частицы в естественных альфа- и бета-лучах. В принципе все было легко достижимо; на деле — недоступно. В идее — заманчиво просто; технически — крайне сложно. И дорого, очень дорого! Блэккет рассказывал, что в течение нескольких лет Резерфорд неизменно отклонял предложения Чадвика заняться ускорением протонов для бомбардировки ядер. И причины тому были всякий раз одни и те же: слишком сложно и слишком дорого…
Но осенью 28-го года, когда с таким же предложением к нему явился Джон Дуглас Коккрофт, Резерфорд уверенно сказал «да!». И даже сопроводил свое согласие вдохновляющим: «Вперед, солда-аты Христа!..»
Дело в том, что Коккрофт оказался тем кавендишевцем, с которым Гамов детально обсуждал экспериментальные следствия своей теории. Почему эта доля выпала Коккрофту? Возможно, тут действовал случай. Если так, то это был очень разумный выбор с его стороны.
Энтузиазм молодости (ему шел только еще тридцать второй год) сочетался в Коккрофте с трезвой многоопытностью (ему шел уже тридцать второй год!). Но всего существенней было другое, в его лице сочетались воедино инженер-электрик, физик-экспериментатор и математик-профессионал. Он не оканчивал ни электротехнического института, ни математического факультета. Однако два года, проведенные в юности на манчестерском предприятии известной компании «МетрополитенВиккерс», сделали его электриком высокого класса. А необходимость выйти на первое место при конкурсной сдаче знаменитого математического трайпоса заставила его приобрести незаурядную осведомленность во всех разделах математики. Она была и прежде его коньком — он учился у Горация Лэмба, — но стать победителем трайпоса ему и вправду было необходимо: только под этим условием Резерфорд в 22-м году обещал Коккрофту место в Кавендише. Отчего так случилось, Коккрофт в своих мемориальных лекциях не рассказал. Однако так случилось, хотя на сэра Эрнста до крайности было непохоже столь почтительное отношение к экзаменам. И такая злодейская требовательность к юноше на него тоже была не слишком похожа.
У Чадвика и Эпплтона молодой йоркширец прошел кавендишевский физпрактикум. У Капицы — первую школу оригинального экспериментирования. И ко времени встречи с Гамовым он был совершенно готов к большим лабораторным делам.
Кстати, весьма вероятно, что Капица и сыграл в этой встрече роль благого случая, сделавшего разумный выбор. Джон Коккрофт давно уже стал его другом. А Георгий Гамов еще оставался его соотечественником. Вот он и свел их.
Да, двадцатишестилетний автор теории туннельного эффекта тогда оставался еще Георгием Гамовым из Ленинградского университета, а вовсе не был Джорджем Гамоу из университета Вашингтона. И кому могло прийти в голову, что со временем такое превращение совершится! Тогда, в 28-м году, ни его учителям, ни приятелям не думалось, что он способен на вероломство, и в один злосчастный день, разом обманув их веру в его порядочность и доверие государства, решит не возвращаться на родину из очередной заграничной командировки.
Конечно, можно было бы и не касаться здесь этой скверной истории, если бы в резерфордовском фольклоре не бытовала версия, по которой сэр Эрнст отнюдь не остался равнодушным к решению Гамова.
Вообще-то он прекрасно к нему относился. Лишь однажды Гамов вызвал его ярость, когда в начале 30-х годов одновременно с Бором гостил в Кембридже. В честь датчанина был устроен в Ньюнхэм-коттедже званый чай. Мужчины разговаривали о гольфе, дамы — о туалетах, и Бору это быстро надоело. Он наклонился к Гамову и сказал: «Я видел внизу мотоцикл, кажется, ваш. Не покажете ли вы мне, как он работает?» Через несколько минут бешеное тарахтенье машины и крики заставили сэра Эрнста бросить гостей и поспешить на улицу. Оседланный Бором мотоцикл носился по Квин-роуд, распугивая прохожих, собак и велосипедистов. Бор не умел его остановить. И дело кончилось бы плохо, если бы внезапно не заглох мотор. В тишине растерянный Гамов услышал громоподобный голос: «Если вы еще раз дадите эту колясочку Нильсу Бору, клянусь, я сверну вам, Гамов, вашу проклятую шею!» По-английски это звучало еще гораздо грубее, чем по-русски. Но именно это-то свидетельствовало, что Гамов в Кавендише — «свой парень», с которым можно не стесняться.
Так вот рассказывали, что, когда в середине 30-х годов Гамов появился в Кембридже и попросил Резерфорда принять его в штат Кавендишевской лаборатории, тот ответил отказом. Эту версию считает вполне правдоподобной кавендишевец тех лет Александр Ильич Лейпунский, продолжавший работать у Резерфорда и после отъезда Капицы. Ныне почтенный украинский академик, а в ту пору молодой ленинградский физик — выходец все из той же неиссякавшей школы Иоффе, он хорошо знал Гамова. И прекрасно чувствовал тогдашнюю атмосферу в Кавендише. Кстати, Иоффе утверждал, что Резерфорд потребовал у Гамова согласия Советского правительства.