Возникла «лучевая лихорадка». Одна за другой следовали — попытки открыть еще какие-нибудь лучи: Ученые жили надеждой уловить еще какие-нибудь зашифрованные сообщения из глубин вещества. Лучи Гретца, лучи Блондло, Эф-лучи… «После большего или меньшего периода оказывалось, однако, что лучи эти были плодом недоразумения или ошибок наблюдения», — так писал ученик Рентгена наш академик Абрам Федорович Иоффе.
В эту-то пору, на рубеже XIX и XX веков, физики обратили внимание на одно странное явление, замечательное только тем, что его невозможно было разумно объяснить: заряженный электроскоп с течением времени неизбежно сам разряжался! Нужно ли напоминать, что электроскоп — это два тонких металлических листочка на конце изолированной палочки; стоит подвести к листочкам электрический заряд — и их концы разойдутся, отталкиваясь друг от друга. А вереде, которая не проводит тока, разошедшиеся листочки не опадут: никто не будет снимать с них заряды, и сила отталкивания не станет убывать.
Заряженный электроскоп оставляли в герметически закупоренном сосуде, с нейтральными газами. Изоляция в электроскопе и герметичность сосуда были очень надежными. И тем не менее всякий раз обнаруживалось, что листочки понемногу опадают. Годилось единственное объяснение: в непроницаемом сосуде откуда-то появляются носители электричества — заряженные частички. Но откуда им взяться в нейтральном газе, да еще в сравнительно большом количестве?
Как обычно, все началось с простых вопросов.
Есть физические понятия, без расшифровки которых так же невозможно обойтись в рассказу об элементарных частицах, как, скажем, в разговоре об актерах без слова «сцена». Ионизация — одно из таких понятий. Это и впрямь та лабораторная сцена, на которой показываются из-за кулис и демонстрируют свои способности элементарные частицы. Не будь этого процесса — ионизации, ученые вряд ли хоть что-нибудь узнали бы об элементарных частицах.
Щелкающие счетчики в атомных институтах… Фотографии туманных следов в знаменитой камере Вильсона… Радиосигналы физических приборов на спутниках… Все это работает ионизация.
Наше минутное предположение, что процесса ионизации вдруг могло бы не быть, на редкость бессмысленно. Это все равно, что предположить на минуту, будто не существует самой окружающей нас природы, да и нас самих тоже. Мир без ионизации — это мир навсегда запечатанных атомов, между которыми почти невозможны взаимодействия, мир без подавляющего большинства химических превращений, без необходимого для живой жизни великого разнообразия сложных веществ. Бесплодный, невообразимый мир.
Очень давно уже было замечено, что нейтральные атомы легко превращаются в электрически заряженные ионы. Только физики не понимали, как это происходит. Фарадей, который в 30-х годах прошлого века ввел в науку это греческое слово «ион» — «странник», или «идущий», — не располагал никакими сведениями о строении атомов. А в их строении и было все дело. Они нейтральны, хотя и построены из заряженных частиц, потому что число минус-зарядов — электронов, вращающихся в атоме вокруг ядра, в точности равно числу плюс-зарядов — протонов в самом ядре.
Нужно только нарушить это равенство, чтобы атом тотчас превратился в заряженный ион. И на первый взгляд есть целых четыре способа сделать это: первые два — увеличить или уменьшить число протонов в ядре, другие два — уменьшить или увеличить число наружных электронов.
Но первые два способа не годятся. Совершенно не годятся! И не потому, что это очень трудная задача — выбить из ядра протоны или вогнать туда новые, а потому, что такая операция равносильна утрате самого атома, который нам хотелось бы превратить в ион.
Атомы разных химических элементов прежде всего тем и отличаются друг от друга, что в их ядрах заключены разные количества протонов. Есть три водорода: обыкновенный — протий, тяжелый — дейтерий, сверхтяжелый — тритий. Но все это — разновидности (изотопы) одного и того же химического элемента, потому что их ядра, содержащие только по одному протону, все имеют один и тот же заряд: + 1.