Чтение онлайн

Жолио любил спорт, горные лыжи, рыбную ловлю, парусные гонки. Играл в теннис. «Играл он хорошо – на уровне примерно советских игроков первого разряда. Надо сказать, что и к этому виду спорта он относился весьма ревниво, и ему совсем не нравилось проигрывать…» [21]. Бруно тактично умалчивает, кому проигрывал Жолио.

Рис. 4–1. Отель Des Grand Hommes (фото автора).

В 1990 году Бруно дал интервью итальянскому историку науки Р. Вергара Каффарелли, в котором он сравнивает Жолио-Кюри с Ферми [22]: «Жолио-Кюри сильно отличался от Ферми – но не пишите об этом – как физик, он был значительно слабее, но это был человек, который заражал энтузиазмом молодежь, чем Ферми особо не занимался».

В этой маленькой ремарке: «но не пишите об этом» тоже отражается характер Бруно. Он был исключительно тактичным и (почти забытое сейчас слово) благородным человеком. Однако Каффарелли все равно привел эту характеристику Жолио в полном объеме.

После того, как в 1935 г. Жолио получил Нобелевскую премию по химии, он открыл кафедру ядерной химии в Коллеж де Франс. В новую лабораторию он набрал сотрудников из разных стран, включая австрийца Ханса фон Халбана, русского Льва (Лео) Коварского, а также французов Пьера Оже и Бертрана Голдшмидта. Эти коллеги Бруно в будущем сыграют большую роль в его жизни. С началом Второй мировой войны они разлучатся, судьба сведет их вместе через несколько лет по другую сторону Атлантического океана, в Канаде. Однако в 1936 г. они работают в одной лаборатории, но над разными проблемами: группа Жолио интенсивно занимается экспериментами для создания атомной бомбы, а Бруно получает от Жолио тему по ядерной изомерии – чисто фундаментальную задачу ядерной физики. Впоследствии Бруно не раз говорил журналистам, что он никогда не работал над атомной бомбой: ни на Западе, ни на Востоке, ни в Китае. И во Франции он, действительно, не занимался этой проблематикой. Это делали его коллеги.

Изомерия – интересное свойство ядра, когда у ядер с одинаковой массой и одинаковым зарядом обнаруживаются различные характеристики – например, разные периоды радиоактивного распада. Интересно, что один из первых изомеров был открыт группой И. В. Курчатова в Ленинграде в 1935 г. Курчатов, вслед за Жолио-Кюри и Ферми, изучал искусственную радиоактивность, наводимую нейтронами в разных веществах. Странную картину ленинградская группа увидела после облучении брома – в спектре электронов от бета-распада оказалось три компоненты с периодами 4.4 часа, 18 мин и 36 часов. У брома известны были только два стабильных изотопа с атомным номером 79 и 81. Откуда могло возникнуть третье состояние? После ряда контрольных опытов пришли к выводу, что активности 4.4 часа и 18 минут относятся к ядру брома-80. Но почему ядра с одинаковым набором протонов и нейтронов ведут себя по-разному – это оставалось загадкой.

Для объяснения феномена изомерии в 1936 г. К. Вайцзекер предположил, что ядра-изомеры образуются в разных энергетических состояниях: одно – в основном, а другое – в возбужденном. Если угловые моменты основного и возбужденного состояния сильно отличаются, то переход из возбужденного состояния в основное путем излучения -квантов оказывается сильно подавленным. Поэтому радиоактивный бета-распад происходит либо из основного состояния с одной вероятностью, либо из возбужденного состояния – с другой вероятностью. Поэтому мы видим два различных времени полураспада. Для подтверждения этой гипотезы не хватало одного: надо было бы напрямую обнаружить переходы из возбужденного состояния в основное. То есть увидеть -кванты с фиксированной энергией перехода. Основная трудность состояла в том, что вероятность таких переходов была достаточно мала.

Как бы стал решать эту задачу среднестатистический экспериментатор? Вероятность гамма-перехода мала – значит, надо взять больше гамма-детекторов, увеличить время набора статистики и т. д. Бруно же решил эту задачу парадоксально – не надо смотреть за гамма-квантами! Надо искать электроны внутренней конверсии.

Он предположил, что при сравнительно малых энергиях перехода вероятнее будет не испускание -кванта, а передача энергии перехода электрону атомной оболочки – так называемая внутренняя конверсия. Если это так, то должны наблюдаться электроны с четко фиксированной энергией. Обычный бета-распад – это испускание электрона с некоторым непрерывным спектром. Бруно же предсказал, что в энергетическом спектре электронов от изомеров должны наблюдаться узкие линии. Он сделал это в своем выступлении на Международном конгрессе, организованном Жолио в 1937 г. в Palais de la Decouverte в Париже [23].

Для экспериментальной проверки этой гипотезы Бруно выбрал изотоп родия 104Rh. Причина, как писал Бруно [24], состояла в том, что с образцом родия он набегал более 100 километров по коридорам на Виа Панисперна и хорошо знал, что при облучении медленными нейтронами у родия появляются две активности с периодами полураспада в 44 секунды и 4,2 минуты. В группе Ферми активность родия с периодом полураспада 44 секунды использовали, как индикатор активности, наведенной за счет облучения медленными нейтронами. Бруно верил, что появление двух активностей – это признак изомерии. Эксперименты, сделанные на простой аппаратуре – радон-бериллиевый источник нейтронов, тонкая родиевая мишень и тонкостенный счетчик Гейгера-Мюллера – подтвердили предположение Бруно.

Примечательно, что эти счетчики Бруно делал сам. Об этом в своих воспоминаниях пишет З. В. Ершова [8] , которую в 1935 г. советское правительство послала в лабораторию Кюри на стажировку. Она вспоминает, как встретила там Бруно и он подарил ей счетчик Гейгера-Мюллера собственного изготовления.

Другое замечательное открытие Бруно – существование ядер-изомеров, стабильных относительно бета-распада. В обычном бета-распаде из ядра вылетает электрон, а в распадах таких изомеров испускаются не электроны, а гамма-кванты. Жолио назвал это явление «ядерной фосфоресценцией». Обычная фосфоресценция состоит в том, что некоторые вещества после облучения их светом начинают светиться. Происходит это из-за того, что световое облучение переводит электроны атома на высшие энергетические уровни, а снятие возбуждения идет через различные метастабильные состояния с большим временем жизни. То есть высвечивание может длиться довольно долго. Ровно такой же эффект возникает у изомеров после облучения нейтронами или гамма-квантами, у них снятие возбуждения может происходить через попадание в метастабильное состояние с большим временем жизни. Вещество начинает после возбуждения светиться в диапазоне жестких гамма-квантов, причем такое высвечивание может тоже длиться долго по ядерным временам. Бруно увидел это явление, облучая 115In рентгеновскими квантами с энергией 3 МэВ.

Обнаруженный эффект понравился Ферми. Он прислал поздравление с интересным результатом, чему Бруно очень обрадовался. До этого у него было подозрение, что он интересен Ферми только как партнер по теннису[7].

Важное замечание сделал биограф Бруно Дж. Фидекаро [25]. Он говорил, что в Риме Бруно был учеником, а работа в Париже сделала его настоящим ученым. Конечно, роль Бруно в открытии эффекта замедления нейтронов значительна. Но все-таки тогда он был начинающим физиком, который хорошо справился с порученной задачей – увидел необычный инструментальный эффект и не прошел мимо. Однако работы по изомерии – это проверка своих собственных физических идей. Можно сказать, что как самостоятельный ученый Понтекорво начался именно с работ по изомерии. Причем тут сразу проявилась особенность его таланта – он не только выдвигал идеи, но и проверял их экспериментально.

Впоследствии в автобиографии Бруно с гордостью писал:

Чувствуется, как в этих строках сквозит законная гордость выполненной работой.

Несколько слов про источник рентгеновского излучения 3 МэВ. Бруно работал в лаборатории, которая находилась в пригороде Парижа Иври. Жолио трансформировал ее из заброшенной фабрики. Там был собран передовой для своего времени ускоритель – импульсный генератор Ван де Граафа. В отличие от лабораторных опытов на столе в Риме, Бруно впервые столкнулся с аппаратурой, на которой, как он писал [24], можно было даже отрабатывать альпинистские навыки. Бруно говорил, что вся обстановка в Иври сильно напоминала декорации фантастического фильма. От генератора летели двухметровые молнии и каждый импульс сопровождался жутким грохотом [24]. Видно, что с техникой безопасности у Жолио были явные проблемы.

За работы по ядерным изомерам Бруно получил премию Кюри-Карнеги и это позволило ему оставаться в лаборатории Жолио до 1940 г.

Официально с 1934 г. Понтекорво числился ассистентом в Институте физики Королевского университета в Риме. Это была временная позиция, которая каждый год возобновлялась. В мае 1937 г. ее решено было перевести в разряд постоянных и был объявлен конкурс на замещение должности [26]. У Бруно возник реальный шанс получить постоянное место работы. Но для этого ему надо было вернуться в Италию Муссолини. В самый разгар торжества фашизма. Наверное, это был его первый сложный жизненный выбор, который он сделал, сообразуясь со своими политическими убеждениями, Бруно не стал участвовать в конкурсе, не поехал в Рим и остался с временным контрактом, но в свободном Париже. Жизнь показала, что он поступил правильно.