Зато утверждение Ферми о существовании ряда трансурановых элементов не прошло незамеченным.
В 1934 году, немедленно вслед за опубликованием сообщений Ферми, помещенных журналами «Нуово чи-менто» и «Нейчур», Отто Ган, уже прославленный к тому времени радиохимик, обратился к Лизе Мейтнер, жившей в Вене. Еще до 1922 года они хорошо поработали вместе, и их сотрудничество увенчалось открытием мезотория и протактиния. Теперь Ган предлагал возобновить его и провести исследование трансурановых элементов, о которых столь уверенно говорил Ферми.
Третьим в этой работе суждено было стать молодому доктору Штрассману. Блестящий неорганик и аналитик, он очень быстро освоил методы радиохимии и как нельзя более пришелся ко двору в лаборатории Гана.
Здесь, у Гана, в Химическом институте кайзера Вильгельма, и была проведена вся работа, завершившаяся драматическими событиями последних недель 1938 года. Начиная ее, ни Ган, ни его сотрудники не могли предвидеть итогов.
Дело, за которое они взялись, оказалось слишком трудным, и потребовалось почти четыре года, чтобы до конца распутать цепь случайных совпадений, неверных выводов и ложных открытий.
Поначалу все складывалось довольно гладко. Ган, Штрассман и Мейтнер провели проверку открытия Ферми и на ее основе дали теоретическое построение весьма сложной системы трансурановых элементов. Эта система стала сенсацией в среде физиков. Но не только теория явилась результатом проверки работ Ферми, были открыты и описаны четыре новых химических элемента; «экарений», «экаосмий», «экаиридий» и «экаплатина». Эти названия новым элементам присвоили лишь временно, только потому, что в периодической таблице клеточки для новых элементов оказались соседями с клеточками рения, осмия, иридия и платины, и, следовательно, химические свойства новооткрытых элементов должны были походить на свойства соответствующих соседей по таблице[4].
Правда, исследователи столкнулись с кое-какими странными и необъяснимыми отклонениями от того, что предписывалось теорией, но особого значения им не придавали. С чувством, почти мистическим, они уверяли себя, что в конце концов придет и объяснение непонятных явлений.
Выстроенная с огромным трудом и все-таки небезупречная система трансурановых элементов продержалась без изменений до 1938 года. Первые трещины появились в ней после опытов Ирен Кюри и Павла Савича, которые, повторив шаг за шагом эксперименты Ферми, получили и описали новое радиоактивное вещество с периодом полураспада три с половиной часа. По мнению Кюри и Савича, этим веществом был изотоп тория. Это следовало из теории радиоактивного распада урана: в соответствии с ней ядро урана, захватившее нейтрон, должно стать неустойчивым и, испустив альфа-частицу, превратиться в торий.
Атом уранаПрофессор Отто Ган.Но… наблюдать испускание альфа-частиц ураном, подвергнутым нейтронной бомбардировке, не удавалось никому.
И все же в лаборатории Гана не могли отнестись равнодушно к результатам Кюри и Савича. Тем более, что еще в 1934 году Лиза Мейтнер увлекалась идеей поисков тория, но Штрассман, взявшийся провести химический анализ раствора облученного урана, не обнаружил и следов тория. Разумеется, Ган и его сотрудники могли бы поместить в журнале сообщение о безуспешных поисках тория и упрекнуть парижскую группу в опубликовании вводящих в заблуждение результатов. Однако они выбрали более тактичный способ. Ган и Мейтнер написали французским ученым письмо, в котором сообщали о безуспешных поисках тория и просили с большей осторожностью и тщанием проверить работу. Ирен Кюри не ответила на письмо, но она вряд ли могла отмахнуться от предостережения Гана, имевшего тридцатилетний опыт работы в радиохимии и завоевавшего своими работами всеобщее признание. Вскоре она опубликовала статью, где признавала, что торий не обнаружен.
В этой же статье она высказала одну далеко идущую идею, подсказанную ей новыми химическими исследованиями неизвестного вещества. В ходе исследований им удалось перевести вещество из раствора в осадок, применяя в качестве носителя лантан. А это натолкнуло французскую группу на мысль, что «окончательный анализ вещества с периодом полураспада 3,5 часа указывает на сходство его свойств со свойствами лантана, и отделение этого вещества от лантана в настоящее время представляется возможным, по-видимому, только фракционным методом».
Разумеется, французы и не думали отождествлять неизвестное вещество с лантаном; по их представлениям, никакой процесс радиоактивного распада не мог бы привести к превращению урана в столь далеко отстоящий лантан. Их уверенность в существовании некоего трансуранового элемента, содержащегося в этом веществе, оставалась непоколебленной. Но никто не мог сказать, куда, в какое место периодической таблицы поместить трансурановый элемент со свойствами редкоземельного лантана. И физикам, и химикам эта задача казалась неразрешимой. И все-таки вещество отнесли к трансуранам, то есть к тем элементам, которые сами собой подпадали под «юрисдикцию» Гана и его сотрудников. И им, желали они того или нет, пришлось серьезно заняться свойствами удивительного незнакомца.
Но получить какие-либо существенные результаты не удавалось. К тому же Ган лишился своей замечательной сотрудницы Лизы Мейтнер. После аншлюса австрийский паспорт уже не мог защитить ее от преследований наци, в июле 1938 года она была вынуждена покинуть Германию. Группа лишилась своего единственного физика. Химики Ган и Штрассман остались без помощи физика Мейтнер как раз в то время, когда ее советы были особенно необходимы, — осенью 1938 года парижане опубликовали итоговую статью, где впервые подробно описали методику своих экспериментов.
Получив эту статью, Ган поначалу не особенно ею заинтересовался. Он передал ее своему помощнику. Зато Штрассман изучал статью с неослабным интересом, и чем дальше он вчитывался в текст, тем яснее становилось ему: французы допустили ошибку. Да, они провели замечательную работу, они отличные физики-экспериментаторы, но в радиохимии разбирались куда меньше его и Гана. В этом-то, по-видимому, и было все дело: они были убеждены, что в растворе облученного урана содержится лишь одно неизвестное вещество, и только ему приписывали все свойства. Но на самом деле неизвестных веществ могло быть не одно, а два! Ган рассмеялся, услышав об этом, но вскоре признал: «Возможно, в этом что-то и есть».
Это и послужило началом серии блестящих опытов, занявших всего лишь неделю, но позволивших твердо установить: в растворе наверняка нет ни трансуранов, ни урана, ни протактиния, ни тория, ни актиния. Подтвердилась и правота Штрассмана; после облучения мишени в растворе действительно удалось обнаружить смесь нескольких веществ. В качестве «носителя» химики выбрали барий, с его помощью удалось перевести из раствора в осадок группу из трех радиоактивных веществ. А затем, приготовив из полученных трех веществ новый раствор, они с помощью лантана перевели в осадок три других, «дочерних» вещества.
Что это были за вещества? Существовавшая в то время теория допускала одно-единственное толкование опытов: первые три вещества являются изотопами радия, а три дочерних — изотопами актиния. Правда, с точки зрения чисто химической, исходя из проведенных реакций, ничто не мешало сделать и другой вывод: в первом осадке содержались изотопы бария, во втором — лантана. Но о таком выводе они скорее всего не смели даже и подумать. В ту пору он представлялся бы совершенно невероятным, ибо барий и лантан занимают в периодической таблице значительно более ранние места, и никакой мыслимый процесс радиоактивного распада не позволял объяснить возникновение этих элементов.
О существовании в облученном растворе урана новых веществ, объявленных ими изотопами радия и актиния, образующимися в результате последовательного процесса радиоактивного распада урана, Ган и Штрассман сообщили в печати на исходе 1938 года. Но и это весьма осторожное сообщение многие физики встретили с недоверием. Ведь если бы оно оказалось правдой, пришлось бы признать существование некоего совершенно удивительного процесса радиоактивного распада; чтобы превратиться в атом радия, атому урана приходилось бы очень быстро лишаться двух альфа-частиц. И это казалось тем более сомнительным, что такой энергичный процесс должен был возникать всего-навсего после бомбардировки уранового раствора медленными нейтронами, то есть нейтронами очень малой энергии.
Случилось так, что вскоре после опубликования сообщения Ган встретился с Бором в Копенгагене. Прославленный датчанин откровенно усомнился в истинности объяснения, данного Ганом и Штрассманом. По мнению Бора, последовательное испускание атомом урана двух альфа-частиц было бы «противоестественным», и, следовательно, новые вещества скорее всего были трансуранами. Подоспело и сердитое письмо из Стокгольма. Лиза Мейтнер упрекала Гана в том, что он начал делать глупости. И ему нетрудно было представить себе ее недовольное лицо, когда она писала эти слова; подумать только: химики позволили себе повольничать с самими законами физики!
