В том году в институте работал молодой немецкий физик Вольфганг Гентнер, специалист по счетчикам Гейгера. Жолио попросил его проверить приборы, которые он использовал в своей лаборатории. Супруги отправились на светский вечер, на который они не могли не пойти. «На следующее утро, – пишет коллега, с которым Жолио разговаривал в тот день, – супруги Жолио нашли у себя на столе маленькую записку от Гентнера, утверждавшего, что счетчики Гейгера в полном порядке»[878].
Они были почти уверены, что открыли способ превращения материи в радиоактивную искусственными средствами.
Они рассчитали вероятную реакцию. Ядро алюминия, в котором есть 13 протонов и 14 нейтронов, захватывающее альфа-частицу – 2 протона и 2 нейтрона – и сразу же испускающее 1 нейтрон, должно превращаться в неустойчивый изотоп фосфора с 15 протонами и 15 нейтронами (13 + 2 = 15 протонов; 14 + 2–1 = 15 нейтронов). Затем фосфор, вероятно, распадается до кремния (14 протонов, 16 нейтронов). Трехминутный период – это период полураспада для этого процесса.
Они не смогли обнаружить накопление предельно малых количеств кремния химическими методами. В 1935 году, когда супруги получали Нобелевскую премию по химии, присужденную им за это открытие, Жолио объяснил причину этого: «Выход таких преобразований очень мал, и вес образующихся элементов… не превышает 10–15 [грамма], что соответствует в лучшем случае нескольким миллионам атомов»[879]. Такое малое количество трудно было найти при помощи одной только химической реакции. Однако они могли зарегистрировать радиоактивность фосфора счетчиком Гейгера. Если бы счетчик действительно показал наличие искусственного преобразования части алюминия в фосфор, то они смогли бы разделить эти элементы химическими методами. Вся радиоактивность осталась бы во вновь образованном фосфоре, очищенном от не прошедшего преобразование алюминия. Но для этого им нужен был надежный процесс сепарации, занимающий меньше трех минут, – чтобы его можно было завершить до того момента, когда слабая наведенная радиоактивность упадет ниже порога чувствительности счетчика Гейгера.
Хотя их просьба озадачила химика из соседней лаборатории, «который никогда не рассматривал химию с этой точки зрения»[880], – говорит Жолио, он все же разработал необходимую процедуру. Жолио-Кюри облучили кусок алюминиевой фольги, опустили его в контейнер с соляной кислотой и закрыли контейнер крышкой. Кислота растворила фольгу, и в этой реакции выделился газообразный водород, который должен был унести фосфор из раствора. Газ собрали в перевернутую пробирку. Растворенный алюминий «затих», а газ вызвал треск счетчика Гейгера: все радиоактивные вещества перешли в него. Другой химический тест доказал, что радиоактивное вещество действительно было фосфором. Жолио прыгал от радости, как мальчишка.
Это открытие могло стать достойным приношением болеющей матери Ирен, которая подготовила к научной работе свою дочь и поддерживала зятя:
Мария Кюри видела нашу работу, и я никогда не забуду того выражения сильнейшей радости, которое появилось на ее лице, когда мы с Ирен показали ей маленькую стеклянную пробирку с первым искусственным радиоактивным элементом. Я до сих пор вижу, как она берет в руки (уже сожженные радием) эту маленькую пробирку с радиоактивным соединением – пока что очень слабоактивным. Чтобы проверить наши слова, она поднесла ее к счетчику Гейгера – Мюллера и услышала многочисленные «щелчки», которые стали раздаваться из счетчика. Наверное, это было последней великой радостью ее жизни. Через несколько месяцев Мария Кюри скончалась от лейкемии[881].
Жолио-Кюри сообщили о своей работе – «одном из важнейших открытий этого века»[882], как говорит Эмилио Сегре в своей истории современной физики, – 15 января 1934 года в Comptes Rendus, а четыре дня спустя – и в письме в Nature. «Эти эксперименты дают первое химическое доказательство искусственного превращения»[883], – гордо написали они в заключение. Резерфорд написал им в течение двух недель: «Я поздравляю вас обоих с проделанной работой, которая, как я уверен, в конечном счете будет иметь огромное значение». По его словам, он и сам несколько раз пытался ставить подобные эксперименты, «но безуспешно»[884] – такая похвала признанного мастера эксперимента дорогого стоила.
Они показали, что можно не только отрывать от ядра фрагменты, как это делал Резерфорд, но и вызывать искусственными методами высвобождение части его энергии в процессе радиоактивного распада. В своей части нобелевской речи Жолио предсказал потенциальные следствия такой возможности. Учитывая прогресс науки, сказал он, «мы можем предположить, что ученые, научившись произвольно строить или разрушать элементы, смогут вызывать превращения взрывного типа… Если действительно удастся добиться распространения таких превращений в материи, можно представить себе высвобождение огромного количества полезной энергии». Но предвидел он и возможность катаклизма «в случае распространения заражения на все элементы нашей планеты»:
Астрономы иногда наблюдают, как звезда средней величины внезапно увеличивается в размерах; звезда, не видимая невооруженным глазом, может стать чрезвычайно яркой и заметной безо всякого телескопа – так появляются новые звезды. Возможно, внезапные вспышки звезд вызываются превращениями взрывного характера, подобными тем, которые представляются теперь нашему воображению, – и исследователи, несомненно, попытаются осуществить такой процесс, принимая, хочется надеяться, все необходимые меры предосторожности[885].
Лео Сцилард не получил приглашения на Сольвеевский конгресс. К октябрю 1933 года на его счету не было никаких заметных свершений в области ядерной физики, если не считать свершений, которых он добился в прекрасно оборудованной лаборатории собственного мозга. В августе он писал другу, что «тратит сейчас деньги на поездки и, конечно, ничего не зарабатывает, и такое положение не может продолжаться долго»[886]. Идея цепной ядерной реакции стала для него «в некотором роде навязчивой». В январе, когда он услышал об открытии Жолио-Кюри, его одержимость расцвела буйным цветом: «Я внезапно увидел, что существуют доступные средства, позволяющие исследовать возможность такой цепной реакции»[887].
Он переехал в менее дорогую гостиницу, «Стренд-Палас» около Трафальгарской площади, и принялся размышлять. В конце концов, у него было «отложено немного денег», которых «вероятно, хватило бы на год такой жизни, к которой я привык, и поэтому я не слишком спешил найти работу»[888] – то есть возбуждение, которое принесли новые идеи, несколько смягчило ту тревогу, которую он ощущал в августе. Ванная была в коридоре. «Я помню, как залезал в ванну… около девяти утра. В ванне лучше всего думается. Я просто лежал в воде и думал, и около полудня горничная стучала в дверь и спрашивала, все ли у меня в порядке. Тогда я обычно вылезал и делал несколько заметок, диктовал несколько памятных записок»[889].
Одна из таких «памятных записок» превратилась в патентную заявку[890], поданную 12 марта 1934 года[891] и касавшуюся атомной энергии. Это была первая из нескольких таких заявок, поданных в этом и в следующем году, и все они были в итоге объединены в одно полное описание под названием «Усовершенствования в области преобразования химических элементов или родственных областях» (Improvements in or Relating to the Transmutation of Chemical Elements). В тот же день Сцилард подал заявку на патент – который так никогда и не был выдан – на методику хранения книг на микрофильмах[892]. Сцилард уже понял – еще в сентябре, в контексте возбуждения цепной реакции, – что для бомбардировки ядер выгоднее использовать не альфа-частицы, а нейтроны. Теперь он применил эту идею в методе создания искусственной радиоактивности, который он предлагал:
В соответствии с настоящим изобретением радиоактивные объекты получают путем бомбардировки соответствующих элементов нейтронами… Такие незаряженные частицы проникают даже в вещества, содержащие более тяжелые элементы, без потерь на ионизацию и вызывают образование радиоактивных веществ[893].
Это был первый шаг. Он был при этом шагом довольно-таки нахальным. У Сциларда были только теоретические основания полагать, что нейтроны могут вызывать искусственную радиоактивность. Он не проводил необходимых экспериментов. До сих пор такие эксперименты проводили только супруги Жолио-Кюри, а они использовали альфа-частицы. Но Сцилард имел в виду нечто большее, чем просто искусственная радиоактивность. Он имел в виду цепные реакции, производство энергии, атомные бомбы. Он еще не придумал методов достижения всего этого, которые можно было бы запатентовать. Он размышлял о том, какой или какие элементы могут испускать по два нейтрона на каждый захваченный нейтрон. В какой-то момент он решил, как он говорил впоследствии, «что было бы разумно систематически исследовать все элементы. Элементов было девяносто два. Но это, разумеется, потребовало бы долгой и скучной работы, так что я подумал, что сначала накоплю денег, закажу кое-какую аппаратуру, а п