«Резерфорд в настоящее время поглощен мыслями о внутреннем строении атома и подходит к этому вопросу с разных сторон», — сообщал профессор химии Московского университета Н. А. Шилов в письме в редакцию журнала «Природа», опубликованном в 1914 году (№ 7 — 8).
Н. А. Шилов незадолго до этого посетил лабораторию Резерфорда в Манчестере и убедился, что ядерная модель атома, открытая экспериментально, вызывал немалую озабоченность ее автора. Дело в том, что при всей своей достоверности, неопровержимо доказанной опытами по рассеянию α-частиц, факт существования в природе такой планетарной системы атома с центральным ядром, вокруг которого по орбитам вращаются электроны (подобно планетам Солнечной системы), должен был найти убедительное теоретическое объяснение.
Но как бы в то время Резерфорд ни размышлял, он не мог отыскать достаточные теоретические основания для существования своей модели атома. Он не знал (и никто не знал!), что физика должна обрести новые идеи и принципиальные решения.
Только после создания новой, квантовой теории модель атома Резерфорда получила безукоризненное объяснение. Это произошло позднее.
Что стало известно об атоме в ближайшие несколько лет после открытия Резерфордом ядра?
В нормальном, т. е. неионизованном состоянии, атом электрически нейтрален. Он содержит столько же положительного электричества в ядре, сколько и отрицательного в электронах. Итак, если атом имеет Z электронов, каждый с зарядом е, то ядро должно иметь положительный заряд +Ze.
Атомы химических элементов отличаются друг от друга количеством электронов, или целым числом единичных зарядов ядра. Число Z характеризует химический элемент. Оно было названо атомным номером. Позднее подметили, что это число является порядковым номером элемента в таблице Периодической системы.
В ядре сосредоточена почти вся масса атома. Это центральная область всей системы с невообразимым малым радиусом 10–12 — 10–13 сантиметра. Электроны же очень легкие частицы. Их массы в 1836 раз меньше массы ядра водорода — протона, имеющего наименьший атомный номер Z = 1. Электрический заряд протона равен заряду электрона, но противоположен по знаку (протон — положительный электрон). (Замечу в скобках, что несколько лет назад сообщалось об открытии ядра протона. Таким образом, можно строить предположение о распространении в природе систем, подобных впервые обнаруженным Резерфордом в атоме.)
За водородом в Периодической системе следует гелий. Заряд ядра атома гелия в 2 раза больше заряда протона (Z = 2), а масса ядра в 4 раза больше массы протона. Заряд и масса ядра возрастают вместе с атомным номером химического элемента. Последний элемент Периодической системы — уран с атомным номером 92. Ядро атома урана имеет электрический заряд в 92 раза больший, чем заряд протона, а атомный вес его близок к 238.
Эти кратко изложенные сведения давно стали прописными. Но во времена Резерфорда, после открытия им ядерной структуры атома, они производили сильное впечатление на ученых.
Блестящее описание атома, имеющего протонно-электронную структуру, сделано было позднее Фредериком Жолио-Кюри:
«Если для наглядности увеличить размеры атома, чтобы представить себе соотношение между размером ядра и радиусами орбит электронов, то можно нарисовать следующую картину: все пространство, занимаемое атомом, равно кругу размером в площадь Согласия в Париже, а ядро соответствует зернышку апельсина, помещенному в центре площади. Следовательно, вещество в основном состоит из пустоты, где ядро и электроны занимают очень мало места. Если собрать все ядра и электроны, из которых состоит организм взрослого человека, то получится шарик, едва заметный под микроскопом, но весящий 60 килограммов. Следовательно, ядерное вещество обладает гигантской плотностью. Все человечество вместе взятое весит меньше, чем один кубический сантиметр ядерного вещества».
Эти строки Жолио-Кюри написал уже тогда, когда заботы об обосновании модели атома Резерфорда были давно позади.
Главная из них заключалась в том, что электроны, если исходить из единственно известной в «доквантовые годы» классической электродинамики Максвелла, не могли бесконечно вращаться вокруг ядра. Вращаясь, они должны были излучать энергию (в виде периодически меняющегося электромагнитного поля). В конце концов электроны упали бы на ядро.
Резерфорд не мог разрешить загадку электронов. Почему они вращались вечно и атомы не деформировались? Было над чем поломать голову.
Кроме того, экспериментально доказанная ядерная модель атома порождала другие противоречия, относящиеся в равной мере к теории и недостаточному накоплению данных. Для разрешения некоторых противоречий понадобились годы. В картине сложной динамической системы ядра отсутствовало важное звено. Еще не был открыт нейтрон, входящий вместе с протоном в состав ядра.
В 1920 году Резерфорд, размышляя над своей моделью ядра, предположил, что в ядре должна существовать незаряженная частица — нейтрон. Экспериментально она была открыта учеником Резерфорда Джеймсом Чедвиком лишь в 1932 году. Но за 12 лет до того Резерфорд уже рассчитал, определил свойства этой не открытой тогда частицы. Он писал, что нейтроны благодаря отсутствию электрического заряда «должны легко проникать в недра атома (через кулоновский барьер) и могут либо соединяться с ядром, либо распадаться в его интенсивном поле, результатом чего будет, вероятно, испускание ядра водорода или электрона или же обоих одновременно».
Резерфорд пытался получить эти незаряженные частицы, пропуская сильный электрический разряд через водород. Опыты не увенчались успехом, и он снова обратился к своим излюбленным α-частицам.
Используя мощный излучатель α-частиц, он бомбардировал ими алюминиевую мишень. В этих опытах участвовал его ученик — талантливый физик-экспериментатор Джеймс Чедвик. Исследователей постигла неудача. Но Резерфорд настолько твердо был убежден в существовании нейтронов, которых недоставало для создания полной картины ядра, что заявил: для успеха опытов необходимы более высокие энергии, чем имеющиеся у α-частиц. Сам успех не вызывал сомнения у Резерфорда.
Однако все это произошло значительно позже. В 20-е же годы моделью атома, предложенной манчестерским профессором, заинтересовался датчанин Нильс Бор.
«Впервые мне посчастливилось видеть и слышать Резерфорда осенью 1911 г., когда, закончив университет в Копенгагене, я работал в Кембридже у Дж. Дж. Томсона. Резерфорд приехал из Манчестера, чтобы выступить на ежегодном кавендишском обеде. Хотя в этот раз мне не удалось лично познакомиться с Резерфордом, на меня произвели глубокое впечатление его обаяние и энергия — качества, которые помогали ему повсюду, где бы он ни работал, достигать почти невероятных вещей».
Так начинаются воспоминания Нильса Бора о своем знаменитом учителе.
Нильс Бор — великий физик-теоретик XX века — прожил долгую жизнь. Его удивительное дарование оказало решающее влияние на успехи ядерной физики, начиная от объяснения ядерной модели атомного ядра Резерфорда и создания квантовой механики до практического овладения ядерной энергией, развития представлений об элементарных частицах и принципиально новых взглядов на биологические процессы. Труды Бора охватывают основные области современной физики, многие из которых были им же созданы. Он был выдающимся мыслителем и главой обширной школы физиков-теоретиков.
С самого зарождения ядерной физики, т. е. сразу же после того, как Резерфорд впервые ввел термин «ядро», обнаружив массивную часть в центре атома, Нильс Бор включился в работу Резерфорда и его сотрудников по развитию теоретических представлений, которые могли бы объяснить противоречия ядерной модели атома.
Введенные Бором квантовые законы для объяснения электронной оболочки атома «спасли» модель Резерфорда. Они направили теорию ядра по правильному, плодотворному пути и способствовали прогрессу квантовой механики.
Бор, исходя из теоретических построений, первый высказал идею о существовании изотопов. А спустя несколько десятилетий был сделан вывод о том, что способностью спонтанного деления обладает изотоп урана U-235. Тем самым он указал верный путь к овладению атомной энергией. Квантовые идеи, выдвинутые Бором для объяснения структуры атома, послужили стимулом для развития работ де Бройля, Шредингера, Гейзенберга и Дирака, создавших стройную систему квантовой механики.
А. Ф. Иоффе, познакомившийся с Бором в Геттингене в 1922 году, писал: «Бор удивительно глубокий светлый ум, несколько замкнутый и до невероятия застенчивый и осторожный в суждениях...»
Осторожность Бора проявлялась прежде всего в то что он не любил давать скоропалительных и многообещающих прогнозов, а старался говорить только о твердо установленных фактах науки.
Так, выступая в 1937 году в Академии наук СССР и коснувшись перспектив развития атомной энергии, он сказал, что «в ходе изучения ядерных процессов становится ясно, что сравнительно простые пути, которыми, как казалось вначале, можно достигнуть использования внутриядерной энергии, оказываются на самом деле неосуществимыми».
Мне выпало счастье быть на этой лекции. На меня произвели громадное впечатление не только его слова, но замечательная внешность этого выдающегося ученого. Своей коренастой фигурой и лицом с крупными чертами, точно высеченными из грубоватого северного камня, Бор вызвал в моем воображении образ сурового и спокойного скандинавского моряка, бороздящего океаны, или рыбака, промышляющего в шхерах. У него были гладко зачесанные темно-русые волосы. И он в самом деле, как я узнал позже, был романтиком, любил путешествовать по странам, «через моря и океаны».
Лекцию переводил А. Ф. Иоффе. Бор читал по-английски, но переводить его было нелегко из-за специфического, совершенно необычного акцента.
Бор говорил, что скорее всего только будущие поколения овладеют энергией, заключенной в атомных ядрах. Но его улыбка, с которой он делал этот пессимистический прогноз, заставляла думать, что он сам не очень в нём убежден. Действительно, прошло всего 5 лет после этой лекции, и в Чикаго под руководством Ферми был введен в эксплуатацию первый экспериментальный ядерный реактор. Конечно, он мало походил на реакторы 70-х годов, вырабатывающие энергию на мощных атомных электростанциях.
Через 23 года я смог снова попасть на лекцию Нильса Бора, к этому времени уже очень пожилого человека. Эта лекция также состоялась в Москве, в актовом зале Физического института имени П. Н. Лебедева АН СССР на Ленинском проспекте. Несмотря на годы, Бор с поразительно молодым увлечением твердой рукой выводил на доске сложные изображения и с явным удовольствием пояснял их.
Его английский имел все тот же скандинавский акцент. Переводчиком его на этот раз был академик И. Е. Тамм. Тамм внимательно слушал и рассматривал искусно сделанные Бором рисунки на доске. Изложив какой-то раздел, Бор уступал место у доски Тамму. Сам же он садился к столу и пытался разжечь свою трубку, которая постоянно гасла. Наконец это ему удавалось, и он с довольной улыбкой наблюдал за стремительным Таммом. Тамм выполнял сложную задачу. Он не просто переводил сказанное Бором, а объяснял сущность лекции, внося, где ему казалось нужным, подробности, опущенные Бором, или, наоборот, сокращая в некоторых местах текст.
Бор, отдыхая во время перевода, внимательно наблюдал за порывистыми движениями Тамма, его быстрой речью и, конечно, за реакцией аудитории. Бор не понимал по-русски, но счастливо улыбался, когда слушатели оживлялись, и в зале проносился гул.
Когда лекция окончилась, Бор горячо благодарл Тамма за участие. Он сказал, что по выражению лиц слушателей, среди которых было много физиков, знавших английский (но плохо понимавших Бора), можно понять, что в переводе Тамма более ясно и ярко излагаются проблемы, содержащиеся в лекции. Кроме того знаки и формулы, записанные Таммом на доске, заставят его, Бора, сделать некоторые полезные уточнения своем докладе.
Все, кто был тогда в зале Физического института, испытали чувство приобщения к великой и непостижимой тайне таланта, которым были наделены Бор и его друг Тамм. Нашла новое подтверждение старая истина, что даже поклонение таланту, если оно искреннее, приближает человека к одаренности и приносит ему ни с чем не сравнимую духовную радость.
Ранней весной 1912 года Нильс Бор приехал в Манчестер из Кембриджа, где он проходил стажировку у Дж. Дж. Томсона. Резерфорд принял его в свою группу, интенсивно работающую над проблемами ядра.
Бор писал: «В первые недели моего пребывания в лаборатории я последовал совету Резерфорда и прослушал вводный курс экспериментальных методов исследования радиоактивности, организованный для студентов и вновь прибывающих сотрудников под весьма квалифицированным руководством Гейгера, Маковера и Марсдена. Однако быстро меня полностью захватили общие теоретические соображения, которые следовали из новой модели атома...»
После знакомства с открытием ядерной структуры атома Бор понял опасение Резерфорда, что устойчивость системы ядро — электроны не удастся объяснить, пользуясь принципами классической механики и электродинамики.
«Действительно, — писал Бор, — согласно механике Ньютона, никакая статическая система точечных зарядов не может находиться в устойчивом равновесии, а любое движение вокруг ядра, согласно электродинамике Максвелла, связано с большой диссипацией1 энергии через излучение; диссипация энергии, в свою очередь, ведет к постоянному уменьшению размеров системы; в конце концов это приводит к тесному сближению ядра и электронов внутри области, размеры которой значительно меньше, чем размеры самого атома».
Для того чтобы рассказать читателям о том, как была объяснена Бором ядерная модель Резерфорда, придется вспомнить работы Макса Планка, выполненные в начале нашего века.
Планк (чей облик, как ни странно, запечатлен на монете достоинством в 2 марки, обращающейся в ФРГ) подметил еще в 1900 году, что классические теории современной ему физики ограничены. Они не могут быть применены для объяснения характерной прерывности многих природных явлений.
Планк рассматривал излучение черного тела, которое испускает лучи интенсивнее других тел. При этом он открыл закон излучения, сделав смелое допущение, что энергия колебания атомов (ядро еще не было обнаружено) не может принимать значений в непрерывной последовательности, как этого требовали классические законы излучения. Планк допустил, что энергия испускается и поглощается конечными порциями — квантами. Такое допущение было необходимо, чтобы построить непротиворечивые законы излучения накаленных тел.
В дальнейшем было показано, что свет состоит из отдельных квантов, хотя до этого его считали волновым процессом. Планк установил, что свет с частотой колебания v должен поглощаться и испускаться в квантах энергии, величина которых пропорциональна v; поэтому он их принял равными hv.
Входящая сюда постоянная величина h называется планковским квантом действия, или постоянной Планка.
Ко времени открытия ядерной структуры атома среди физиков независимо от экспериментальных данных относительно этой структуры уже существовало убеждение, что квантовые представления могут сыграть большую роль в решении всей проблемы строения вещества. И действительно, к тому времени уже были попытки приложить идеи Планка к объяснению движения электронов в модели атома Томсона.
Бор, проходивший стажировку у Дж. Томсона в Кавендишской лаборатории, был, вероятно, знаком с попыткой приложить квантовые идеи Планка к электронной модели атома Томсона.
Датчанин изложил свою теорию атома в ставших впоследствии знаменитыми трех статьях, опубликованных по представлению Резерфорда в известном английском физическом журнале «Philosofical Magazine».
Согласно теории Бора электроны в атоме (рассматривался атом водорода) могут находиться лишь на определенных «разрешенных» орбитах. При переходе электрона с одной орбиты на другую происходит излучение или поглощение светового кванта. Иначе говоря, атом может существовать лишь в некоторых квантовых энергетических состояниях Е1, Е2, Е3... и каждый переход из какого-либо данного состояния Еi в Еj меньшей энергией сопровождается испусканием излучения, частота которого определяется формулой
Еi — Ej = hv,
где h — постоянная Планка.
Так впервые Бор с помощью новых, неведомых до XX века квантовых идей смог объяснить «главную неясность» модели атома Резерфорда. Теперь стало понятно, почему ядро устойчиво и электроны, движущиеся по орбитам и теряющие при этом свою энергию (по законам классической доквантовой механики), не падают на ядро. А. Ф. Иоффе в своих воспоминаниях о Боре отмечает, что Бор пытался даже отказаться от закона сохранения энергии в его применении к элементарным актам в микромире. Однако опытные данные опровергли эту идею, и Бор, признав их убедительными, больше к мысли об отмене закона сохранения энергии не возвращался. Этот факт указывает на большую смелость теоретических концепций Бора, на его готовность пойти наперекор давно и прочно устоявшимся законам физики. Эта смелость, вероятно, была необходимым условием для создания квантовых законов строения атома. Ею отмечена вся научная деятельность Бора.
Квантово-механические идеи встречали оппозицию довольно долго. Бор рассказывал, что когда он сообщил Резерфорду о разработанном им квантовом варианте планетарной модели атома, «Резерфорд не сказал, что это глупо, но он никак не мог понять, каким образом электрон перед прыжком с одной орбиты на другую знает, какой квант ему нужно испустить. Я ему сказал, — продолжает Бор, — что это похоже на branching ratio в радиоактивности. Но мое объяснение не убедило Резерфорда». Под branching ratio имеют в виду вероятность испускания α- и β-частиц в конкурирующих α- и β-распадах: в этом случае у нас употребляют выражения «вероятность распада», «коэффициент разветвления», «относительная вероятность распада» и т. д. Альберту Эйнштейну приписывают слова, которые он будто бы сказал в 1913 году после опубликования Бором квантовой теории атома водорода: «Все это мне очень понятно и близко к тому, что я сам мог бы сделать. Но, если это правильно, то физика как наука — кончилась». Если создатель теории относительности эту фразу и произнес, то, может быть, под словом «физика» он имел виду старую доквантовую физику?..
В сентябре 1913 года в Бирмингеме состоялось очередное заседание Британской ассоциации содействия прогрессу науки. В нем участвовали такие ученые, как Мария Кюри, Джинс, Рэлей, Лармор, Лоренц.
Резерфорд и Бор с большим вниманием выслушали вводное сообщение Джинса о приложении квантовой теории (т. е. работы Бора) к проблеме строения атома. Как писал впоследствии Бор в своих воспоминаниях о Резерфорде, «его (Джинса. — Ф. К.) ясное изложение фактически было первым проявлением серьезного интереса со стороны физической общественности к рассмотрению тех проблем, которые за пределами манчестерской группы были встречены в общем весьма скептически». К этому времени Резерфорд уже полностью принял «квантовые идеи Бора, с помощью которых была объяснена устойчивость системы ядро — электроны. А вот, например, такой знаменитый физик, как лорд Рэлей, председательствовавший на этом заседании Британской ассоциации 1913 года, был иного мнения о квантовых идеях Бора.
Когда во время прений профессор Джозеф Лармор предложил лорду Рэлею высказаться по поводу новых квантовых идей, Рэлей ответил так: «Когда я был молод, я неукоснительно исповедовал некоторые принципы, согласно одному из которых человек, переваливший за шестьдесят, не должен высказываться по поводу новых идей. Хотя я должен признаться в том, что я теперь придерживаюсь его не столь строго, однако в достаточной степени для того, чтобы не принимать участия в этой дискуссии».
Рэлей в самом деле не одобрял квантовой механики и не верил, что «природа ведет себя таким образом». Он публично заявил о квантовой теории: «У меня есть трудности в принятии этого как картины, которая действительно имеет место».
Однако на том же заседании Британской ассоциации содействия прогрессу науки Мария Кюри, Лоренц, Лармор вместе с Джинсом поддерживали идею молодого датского теоретика.
С этих пор, собственно, началось быстрое развитие квантовой механики.
Итак, благодаря открытию Резерфордом ядерной структуры атома был дан мощный импульс развитию квантовой механики. На ее основе XX век стал веком поразительных достижений физики. Но потребовалось также много лет для развития самой теории. Увлекательнейшая история прогресса квантовой механики, увы, пока еще недостаточно наглядна для легкого восприятия, она ждет талантливых летописцев и популяризаторов.
Квантовая механика нелегко пробивала себе путь науке, и многие ученые еще долго относились к ней скептически.
Известный физик-теоретик Пауль Эренфест, работавший в Петербурге, а затем в Лейдене, в 20-х годах ещё убеждал некоторых ученых поверить в квантовую механику. По поводу его иронического отношения к противникам этого нового учения выдающийся советский физик теоретик Я. И. Френкель писал в 1925 году из Геттингена:
«...В середине июня собирается приехать Эренфест с свитой своих сотрудников и в том числе с цейлонским попугаем, обученным им произносить следующую фразу «Аbеr, meine Herren, das ist keine Physik» («Но, господа это не физика»). Этого попугая Эренфест выдвигает в председатели на предстоящих дискуссиях о новой квантовой механике».
Сам же Резерфорд с годами все больше восхищался квантовой теорией и с величайшим вниманием и интересом наблюдал за развитием теоретической физики. Он даже сравнивал теоретические открытия с совершенными произведениями искусства. В ответ на тост «За науку», предложенный президентом Королевской академии искусств 30 апреля 1932 года, Резерфорд сказал:
«Искусство расцвело намного раньше науки и прежде, чем пустили корни научные методы... Я даже склонен считать, что процесс научного открытия можно рассматривать как одну из форм искусства. Нагляднее всего это видно в теоретических областях физической науки. Теоретик-математик на основе определенных предположений и в соответствии с хорошо установленными логическими законами шаг за шагом строит величественное здание, в то время как силой своего воображения он вскрывает неизвестное соотношение между его частями. Хорошо построенная теория в некоторых отношениях несомненно является произведением искусства. Прекрасным примером тому служит известная кинетическая теория Максвелла, столетие со дня рождения которой мы праздновали в прошлом году. Теория относительности Эйнштейна (не будем касаться вопросов ее обоснования) должна рассматриваться как великолепное произведение искусства».
Манчестерский период работы Резерфорда П. Блэкетт классифицирует как «второй взлет научной деятельности» великого исследователя.
Заканчивая рассказ об этих годах жизни Резерфорда, упомянем о нескольких приборах, игравших в это время большую роль в его открытиях.
Как читатель, очевидно, помнит, работа Резерфорда в Кавендишской лаборатории началась с исследования ионизации газов. В Манчестерской лаборатории вскоре после знакомства с Гейгером Резерфорд предложил ему разработать идею ионизационного счетчика заряженных частиц. Вот несколько строк из беседы профессора С. Дэвонса с престарелым ассистентом Резерфорда в Манчестере Вильямом Кэем:
«К э й. Я думаю, Резерфорд в общих чертах объяснил (Гейгеру. — Ф. К.), что он хочет, и саму идею прибора. С Гейгером было то же самое, что и с другими сотрудниками, потому что много раз я видел, что у него не ладилось, пока не придет Резерфорд. Но как только появлялся Резерфорд и подавал ему мысль, все налаживалось через полчаса».
Гейгер создал свой знаменитый прибор. Счетчики Гейгера различной конструкции и сейчас широко применяются во всех областях физики и техники, связанных с радиоактивными излучениями.
Теперь о камере Вильсона.
В 1911 году старый друг Резерфорда профессор физики Чарльз Вильсон сконструировал прибор с помощью которого можно было наблюдать следы отдельных α-частиц , образующие цепочки — треки.
Вскоре после этого Резерфорд приехал их Манчестера в Кавендишскую лабораторию для участия в традиционном ежегодном обеде. Он произнёс во время обеда краткую речь, проникнутую почти детской радостью по поводу того, что в камере Вильсона можно было непосредственно видеть рассеяние α-частиц на большие углы (благодаря которому Резерфорд открыл ядерную структуру атома). Резерфорд даже назвал камеру Вильсона «самым оригинальным и удивительным инструментом в истории науки».
Камера Вильсона позволяет видеть и фотографировать следы α-частицы (и других частиц). Знакомая каждому физику, она представляет собой вертикальный цилиндр, сверху закрывающийся стеклом или плексигласом. Внизу находится поршень. Цилиндр заполняют насыщенным водяным паром. Движением поршня производят мгновенное расширение воздуха, воздух охлаждается, и пар становится пересыщенным. Стремясь сконденсироваться, пар еще некоторое время способен сохранить состояние пересыщения. Пролетающая через камеры α-частица на своем пути отрывает от атомов, входящих в молекулы воздуха, электроны. Образующиеся ионы делаются центрами конденсации; пересыщенный водяной пар собирается на них в виде маленьких капель. Так вдоль всего пути α-частицы возникает тонкий след из капелек воды, дающий исследователю четкое изображение траектории движения частицы — трека.
Вильсон первый получил фотоснимки треков α-частиц, представляющих собой прямые линии. Эти классические снимки и сейчас помещаются во многие учебники физики.
В камере Вильсона наблюдали, как большинство α-частиц движется прямолинейно и только в некоторых местах появляются острые изломы. Исследователям было ясно, что здесь частица встретилась с каким-то препятствием, и поэтому ее путь резко искривился, возник излом следа. Произошло то же, что в свое время отметил Марсден, наблюдая рассеяние α-частиц в спинтарископе, а именно, что некоторые α-частицы, натолкнувшись на ядро, почти возвращались обратно или рассеивались на большие углы.
Многие физики-атомники работали над усовершенствованием камеры Вильсона. Среди них был и искуснейший экспериментатор Фредерик Жолио-Кюри. Он сконструировал камеру, в которой длина наблюдаемого трека была увеличена более чем в 70 раз по сравнению с приборами, изготовлявшимися ранее. Однажды французский физик воскликнул: «Ну разве это не величайший эксперимент в мире? Бесконечно малая частичка, выброшенная в цилиндр камеры, сама отмечает свой путь мельчайшими частичками тумана!»
Камера Вильсона была излюбленным инструментом Фредерика Жолио-Кюри. «У него, — писал в конце 50-х годов известный физик Ганс Хальбан, — всегда под рукой несколько камер в отличном состоянии. Жолио проводил долгие часы у смотрового окошка камеры. Для него это было основное время раздумий. Временами один из нас, его сотрудников, получал привилегию провести вторую половину дня вдвоем с Жолио в темной комнате, наблюдая за полетом частиц. В эти часы он давал волю воображению, и такие встречи для большинства из нас были основными источниками вдохновения».
Резерфорд как гениальный экспериментатор предвидел, что камера Вильсона еще долго будет служить важнейшим орудием физиков, изучающих строение вещества. Мы свидетели того, что это предвидение сбылось. Принципы камеры Вильсона лежат в современных научных приборах, например диффузионных и пузырьковых камерах.
Точно так же, как камера Вильсона, блестящий путь развития прошел сцинтилляционный счетчик — спинтарископ, впервые использованный Резерфордом при изучении α-частиц. Именно метод сцинтилляционного счета привел к открытию атомного ядра. Он основан на способности некоторых веществ давать световую вспышку — сцинтилляцию при ударе о них частиц. Резерфорд и его сотрудники регистрировали вспышки визуально, т. е. глазом. Это было трудным делом и требовало от исследователя большого физического напряжения. Современные сцинтилляционные устройства снабжены электрическими приборами — фотоумножителями, фиксирующими вспышки. Давно уже построены сцинтилляционные счетчики с объемом сцинтиллятора в несколько кубических метров. Такое увеличение значительно повышает эффективность регистрации сцинтилляций. Применяются по нескольку десятков фотоумножителей на одной большой установке.
Современные сцинтилляционные счетчики, так же как и ионизационные камеры, когда-то важнейшие инструменты в исследованиях Резерфорда, ныне широко используются в экспериментальной ядерной физике.
- 1. Диссипация — рассеяние.
Добавить комментарий