2. Опыты Ферми
Открытие искуссвенной радиоактивности вызвало широкий резонанс. За короткое время был получен ряд новых радиоактивных изотопов. Но особенно важным были исследования Э.Ферми и его сотрудников. Ферми пошел совершенно по-новому пути, он начал облучать элементы нейтронами. Ферми решил «выяснить не вызывает ли нейтронная бомбардировка наведенной радиоактивности». Это было неожиданно и смело.
В опытах Ферми α-частицы сначала использовались для получения нейтронов, которых выделялось очень не много, а затем уже начиналось облучение элементов полученными нейтронами. В первом сообщении, датированного 25 марта 1934 г., Ферми бомбардировавший алюминий и фтор, получил изотопы натрия и азота, испускающие электроны (а не позитроны, как у Жолио-Кюри). Метод нейтронной бомбардировки оказался очень эффективным. Ему удалось этим методом активизировать 47 из 68 изученных элементов.
Э.Резерфорд с большим интересом следил за опытами Ферми. Еще 23 апреля 1934 г. он писал Ферми: «Ваши результаты очень интересны, и нет никакого сомнения, что в дальнейшем нам удастся получить больше сведений о действительном механизме этих превращений». Летом сотрудники Ферми Э.Сегре и Э.Амальди были в Кембридже у Резерфорда и привезли ему обзорную статью «Искусственная радиоактивность, наведенная нейтронной бомбардировкой». Статья содержала полный отчет об опытах, проводившихся в физической лаборатории Римского университета. Резерфорд как президент Лондонского Королевского общества, передал статью для публикации в «Трудах» общества.
22 октября 1934 г. Ферми сделал фундаментальное открытие. Поместив между источником нейтронов и активируемым серебрянным цилиндром парафиновый клин, Ферми заметил, что клин не уменьшает активность нейтронов, а несколько увеличивает ее. Ферми сделал вывод, что этот эффект, по-видимому, обусловлен наличием водорода в парафине. Проводя опыт сначало с парафином, потом с водой, Ферми констатировал увеличение активности в сотни раз. В статье «Влияние водородосодержащих веществ на радиоактивность наведенную нейтронами», написанную Ферми вместе с сотрудниками, было выдвинуто следующее объяснение этих фактов: «Нейтроны быстро теряют энергию в ряде повторных столкновений с ядрами водорода... можно ожидать, что после нескольких соударений нейтроны будут двигаться подобно молекулам диффундирующего газа, достигая в конечном счете энергии соответствующих тепловому движению». Опыты Ферми обнаружили огромную эффективность медленных нейтронов.
3. Теория β-распада Ферми
Э.Ферми в 1934 г. добился замечательных результатов, идя по избранному им пути. Но, помимо этих экспериментальных результатов, 1934 г. был годом замечательных теоретических достижений Ферми. Уже в декабрьском номере (1933 г.) итальянского журнала «Ricerca Scientifica» были опубликованы его предварительные соображения о β-распаде; в начале 1934 г. в «Zeitschrift fur Physik» была опубликована его классическая статья «К теории β-лучей». Ферми в своей теории дал жизнь гипотезе нейтрино и протонно-нейтронной модели ядра.
Ферми представлял собой необыкновенное сочетание глубокого теоретика с первоклассным экспериментатором. «Великий итальянский физик Энрико Ферми, - писал Бруно Понтекорво,- занимает особое место среди современных ученых: в наше время, когда узкая специализация в научных исследованиях стала типичной, трудно указать столь же универсального физика, которым был Ферми. Можно даже сказать, что появление на ученой арене ХХ в. человека, который внес такой громадный вклад в развитие теоретической физики, и экспериментальной физики, и астрономии, и технической физики, - явление скорее уникальное, чем редкое».
Энрико Ферми родился 29 сентября 1901 г. в Риме, в семье служащего. У него очень рано появились способности к точным наукам. Он учился в Нормальной школе г. Пиза с 1918 по 1922 г., затем по протекции доцента Физического института Римского университета сенатора Корбино получил временную должность преподавателя математики для химиков в Римском университете. В 1923 г. он получает командировку в Германию, к Максу Борну. Ферми чувствует себя не очень уверенно, и лишь большая моральная поддержка Эренфеста, у которого он был в Лейдене с сентября по декабрь 1924 г., помогла ему поверить в свое призвание физика. По возвращении в Италию Ферми с января 1925 до осени 1926 г. работает в Флорентийском университете. Здесь он получает свою первую ученую степень «свободного доцента» и создает свою знаменитую работу по квантовой статистике. В декабре 1926 г. он занял должность профессора кафедры теоретической физики в Римском университете. Здесь он организовал коллектив молодых физиков: Разетти, Амальди, Сегре, Понтекорво и других. В Риме Ферми работал до 1938 г. Фашистский режим угрожал благополучию его семьи из-за еврейского происхождения его жены Лауры. Уехав в Стокгольм за получением Нобелевской премии вместе с семьей, Ферми не вернулся в Италию, а поехал в Нью-Йорк, где стал профессором Колумбийского университета.
Американский период жизни Ферми связан с работой над получением атомной энергии. Под его руководством 2 декабря 1942 г. в Чикаго был запущен первый в мире ядерный реактор. Ферми принимал активное участие в испытании атомной бомбы. Он был одним из тех ученых, которые рекомендовали сбросить атомные бомбы на Японию, назвав варварскую бомбардировку Хиросимы «красивой физикой». После войны он стал профессором Чикагского университета и сотрудником только что организованного Института ядерных проблем. Умер Ферми 29 ноября 1954 г.