В ноябре 1938 года они ненадолго встретились у Бора в копенгагенском Институте теоретической физики, однако ничего радостного эта встреча не принесла. Ган привез тревожные новости: в Вене арестовали отца Фриша, зятя Лизы. Впоследствии ей удалось выяснить, что его перевели в концлагерь Дахау, расположенный в Баварии.
Приближалось Рождество 1938 года. Фриш твердо решил доказать, что семейным традициям есть место всегда и везде. Тетя была одинока и постоянно находилась в подавленном настроении. Она никак не могла достигнуть взаимопонимания с Сигбаном, поэтому работа в Стокгольме особого удовольствия ей не приносила. Внимание любящего племянника было ей просто необходимо. Фриш отложил на время всю работу, которую выполнял под руководством Бора, и приехал в крошечный поселок под названием Кунгэльв, что в переводе означает «королевская река», расположенный на берегу моря неподалеку от Гетеборга. Там его уже ждала Лиза: ее пригласили сюда немногочисленные шведские друзья, чтобы отпраздновать Рождество всем вместе.
Фриш впоследствии скажет: «Эта поездка стала самым важным событием в моей жизни».
Тайны атома
Первые десятилетия двадцатого века ознаменовались значительными изменениями в восприятии физического строения вещества. Теория неделимости и неразрушимости атома, пришедшая из древнегреческой философии, уступила место новой модели этой частицы, показавшей, что атом имеет дискретную внутреннюю структуру. Теперь его рассматривали в качестве положительно заряженного ядра, окруженного загадочными «корпускулярно-волновыми частицами» — электронами, имеющими отрицательный заряд.
Основное внимание, естественно, привлекло к себе именно атомное ядро. После открытия нейтронов в 1932 году перед учеными возникла четкая картина ядра, образованного положительно заряженными протонами и нейтрально заряженными нейтронами. Согласно данной модели, число образующих ядро протонов определяет природу данного химического элемента. Разные элементы — водород, кислород, сера, железо, уран и так далее — имеют разное число протонов в атомном ядре. Атомы, ядро которых имеет одинаковое число протонов, но разное число нейтронов, называются изотопами. По химическим свойствам они идентичны и различаются только своим относительным атомным весом и стабильностью.
Новые открытия следовали одно за другим. Ученые выяснили, что, используя мощные магниты и электростатическое поле, можно ускорить заряженные частицы, например протоны, придав им скорость, а значит, и энергию, достаточную для разрушения ядра. Эрнест Лоуренс, работавший в Калифорнийском университете в Беркли (географически Беркли находится в области залива Сан-Франциско), изобрел циклотрон — новый вид ускорителя частиц[4]. С помощью этого устройства впоследствии была доказана возможность искусственной ядерной реакции.
Открытие нейтронов не только помогло физикам подробно изучить структуру ядра, но и дало им новый инструмент, позволивший раскрыть другие секреты атома. Дело в том, что, поскольку нейтроны — нейтрально заряженные субатомные частицы, с их помощью можно обстреливать ядро, имеющее положительный заряд, без угрозы искажения их траектории силой электростатического отталкивания.
Итальянский физик Энрико Ферми вместе со своей исследовательской группой занялся в Риме систематическим изучением, как влияет на ядро бомбардировка нейтронами. Начав с самых легких элементов, ученые поднимались все выше по периодической таблице. Приступив в 1934 году к бомбардировке нейтронами ядра наиболее тяжелого элемента — урана, физики обнаружили, что им удалось создать элементы с большей атомной массой, чем у него. Подобные элементы, отсутствующие в природе, получили название трансурановых. Новость об открытии, названном триумфом итальянской науки, обошла первые полосы многих газет и журналов.
Ган, находившийся тогда в Берлине, обратил на это открытие пристальное внимание и в тесном сотрудничестве с Мейтнер провел химические исследования, повторив опыты Ферми и поставив другие, более детальные, эксперименты.
Все ученые, причастные к данным исследованиям, в равной степени обратили внимание на то, что хотя бомбардировка нейтронами и изменяла химические элементы, но изменения эти были не очень значительны и носили поэтапный характер. Поглощение нейтронов, по расчетам исследователей, изменяло состав ядра-мишени лишь на один-два протона или нейтрона. Другими словами, все элементы, которые могли быть получены экспериментальным путем, в периодической таблице должны были располагаться лишь на одну-две позиции выше или ниже исходного.
4
Ускорители частиц существовали за несколько лет до того, как Лоуренс создал свой циклотрон. Однако более ранние устройства представляли собой линейные ускорители: в них частицы ускорялись по прямой линии через серию пластин, на которые подавалось точно регулируемое переменное высокое напряжение. В циклотроне Лоуренса частицы ускорялись по кругу под воздействием электромагнита, имевшего больший КПД и придававшего частицам большую скорость.