Однако Ферми дал указание детально разобраться, есть ли вообще такой эффект и в чем его причина.
Амальди и Понтекорво поступили классически: чтобы отделаться от непонятных эффектов окружающей среды, надо ее изолировать, свести ее влияние к минимуму. Для этого сделали свинцовый домик со стенками 5 см толщиной – ласково названный «castelletto» (маленький замок) – и стали облучать образец внутри домика. Причем отделили источник нейтронов от облучаемого серебряного цилиндрика и измеряли наведенную в нем активность в зависимости от расстояния. Ожидалось, что она должна падать как квадрат расстояния R между источником и образцом. Именно такую картину давали опыты без «кастеллетто», когда источник и образец размещались на обычном столе. Однако записные книжки Э. Амальди зафиксировали 18 октября 1934 г. удивительный результат: цилиндрик внутри «кастеллетто» обретал одну и ту же активность, независимо от расстояния до источника [10, 13]. Если на открытом столе относили цилиндрик на 20 см, то его активность сильно падала, практически исчезала. В «кастеллетто» этого не происходило. Казалось, в свинцовом боксе закон 1/R2 переставал работать!
Разетти в этот результат просто не поверил, Ферми особого интереса не проявил, но велел продолжить эксперименты [15].
Сейчас мы понимаем, что причина была в том, что перерассеяния нейтронов внутри свинцового домика создавали практически однородное нейтронное поле. Но тогда общая мысль была проста: раз что-то случается в свинцовом домике, наверное, это что-то связано со свинцом. Естественное желание – изучить, как свинец влияет на активацию.
Для этого решили сделать свинцовый клин толщиной 5 см, поставить его между источником и серебром и посмотреть, что будет. Интуиция подсказывала, что наведенная активность должна упасть. Все-таки свинцовый клин – какое-то препятствие, нейтроны должны в нем поглощаться.
Измерения должны были сделать утром 22 октября 1934 г. Однако, когда Ферми пришел в лабораторию, оказалось, что почти все сотрудники были заняты приемом экзаменов у студентов и только Энрико Персико стал единственным свидетелем произошедшего открытия. Как потом рассказывал Ферми [16], он долго обрабатывал заготовку свинца на токарном станке, чего обычно не делал. Почему-то ему совсем перестала нравиться идея поставить свинцовую преграду, и он всячески оттягивал начало проведения опыта. В какой-то момент он окончательно понял, что не хочет ставить свинец, и поставил в качестве экрана кусок парафина толщиной в 4 см. Сделал он это совершенно импульсивно, без какого-то обоснования или предварительного размышления.
На удивление оказалось, что парафин не уменьшал наведенную активность, а увеличивал! Увеличение было не очень большим, на фактор 1,8–1,9, но вполне отчетливым. Ферми с Персико сделали ряд повторных измерений – эффект четко наблюдался. Тут были вызваны все сотрудники группы Ферми, стали оживленно обсуждаться различные варианты, что теперь можно попробовать. Но Ферми пресек дискуссию знаменитой фразой: «Andiamo mangiare!»[1] (говорят, так же Ферми реагировал при запуске первого ядерного реактора в 1942 г.).
Этот перерыв, который, как вспоминает Амальди [13], длился два часа, весьма интересен как пример того, что надо делать для совершения эпохальных открытий: меньше активности, больше мысли. Как важно подчас удержать себя от немедленного действия и задуматься над происходящим! Выбрать кажущееся ничегонеделание вместо активного, но хаотичного действия.
Когда все вернулись в лабораторию, Ферми четко изложил возможное объяснение: нейтроны, проходя через парафин, в котором много ядер водорода, эффективно замедлялись за счет упругого рассеяния на ядрах водорода. Cечение взаимодействия нейтронов с веществом резко растет по мере уменьшения их энергии. Поэтому нейтроны, замедленные в парафине, наводили гораздо большую активность в серебряном цилиндре, чем быстрые нейтроны, облучавшие образец без парафиновой прослойки. Важно, что замедление лучше всего происходит именно на легких ядрах, когда масса ядра-мишени сравнима с массой нейтрона. Если бы Ферми поставил свинцовый клин, то никакого эффекта он бы не заметил.
Если все это верно, то простейшим способом проверки являлось бы погружение источника и образца в воду. Что и было немедленно сделано. На территории Института был бассейн, где находчивые экспериментаторы и произвели experimentum crucius[2]. Активность возросла в сотни раз!
Уже вечером 22 октября вся группа собралась в доме Амальди и за один вечер написала историческую работу [17]. Как вспоминает Э. Сегре [18]: «Ферми диктовал, я записывал, а Понтекорво, Амальди и Разетти разгуливали по комнате и комментировали написанное, причем все говорили одновременно. Стоял такой шум и неразбериха, что потом горничная спросила у хозяйки дома, скромнейшей и тишайшей Джинестры Амальди, не навеселе ли были гости? Джинестра работала в редакции Ricerca Scientifica, поэтому наша статья была доставлена в редакцию журнала уже на следующее утро».
Так обычно описывают эти события в учебниках и биографиях. О них даже снят художественный фильм Ragazzi di via Panisperna[3]. Там есть хороший кадр, когда радиоактивный источник и образец опускают в бассейн, слышен бешеный стук счетчика Гейгера, а мимо беззаботно проплывает золотая рыбка.
Создается обманчивое впечатление необычайной легкости: утром случайно взяли правильный клин, потом подвернулся бассейн с золотыми рыбками – и вот оно, открытие века! Однако если внимательно посмотреть на фото экспериментального журнала (опубликованного, например, в [19]), то видно, что Ферми делал свои записи еще 20 октября. Сама историческая статья [17] посвящена не только обнаружению факта увеличения наведенной активности при облучении в парафине. В статье описаны и результаты целого ряда контрольных опытов. Было выяснено, что:
• Радиевый источник без бериллия эффекта не дает. То есть эффект вызывают именно нейтроны, а не гамма-кванты, которые испускает чисто радиевый источник. Это очень важно для правильной интерпретации явления.
• Вода H2O создает такой же эффект, как и парафин, но это происходит за счет наличия в воде водорода, а не кислорода. Для доказательства заменили водород на натрий, но опыт с NaNO3 увеличения активности не дал.
• Кроме серебра, эффект наблюдается для меди и йода. Хотя в кремнии, цинке и фосфоре заметного увеличения активности не наблюдается.
Вряд ли это все было сделано за полдня 22 октября. Вполне может быть, что для опытов использовали обычное ведро с водой. Хотя бассейн с золотыми рыбками, никто не спорит, намного эффектнее[4].
Обидно другое: при описании исторических открытий, как правило, не замечают черновую работу экспериментатора по постановке контрольных опытов и отсечению других возможных объяснений. Но именно в этом и состоял фирменный стиль группы Ферми, который Бруно пронесет через всю жизнь. Много раз его сотрудники будут удивляться, как в случае кажущегося открытия, когда все вокруг требовали начать писать статью и почивать на лаврах, Бруно настаивал на проведении контрольных опытов, которые порой приводили к исчезновению эффекта.
Интересно вспоминает об этом открытии сам Бруно [20]:
«Когда мы спросили Ферми, почему он поставил парафиновый, а не свинцовый клин, он улыбнулся и насмешливо произнес: “C.I.F. – Con Intuito Fenomenale!”[5]… Было бы неправильно, если у
