новой для себя роли президента. Он выступил перед уважаемым собранием и заявил о самой важной и насущной потребности науки в том виде, в каком она существовала в тот год, 1927-й. Резерфорд хотел найти способ создать «большое количество атомов и электронов, индивидуальные уровни энергии которых значительно превосходят уровни энергии альфа– и бета-частиц»[123]. Если бы такое можно было сделать, то ток пучка всего в миллиампер мог бы произвести больше частиц, чем 100 кг радия, – поразительное количество! Что ему было нужно, так это способ извлечения элементарных частиц и запуска их с высокой энергией к атому. И это было как раз то, что только что предложил ему Уолтон: ускоритель частиц. Впечатленный мужеством молодого ирландца, Резерфорд согласился и немедленно проводил его вниз – в лабораторию, где он мог бы проводить свои исследования.

Выделенная Уолтону лаборатория представляла собой подвальное помещение с кирпичными стенами и высоким потолком. В лаборатории было три рабочих места, за двумя уже разместились другие исследователи – Томас Аллибоун и Джон Кокрофт. Аллибоун, или просто Боунс, недавно выступил с аналогичным предложением к Резерфорду и уже пытался использовать высоковольтные катушки Теслы для ускорения электронов. Резерфорд, должно быть, счел, что дружеское соревнование пойдет на пользу молодым исследователям.

Джон Кокрофт, который в свои 30 лет был старше остальных, попал в Кавендишскую лабораторию довольно-таки окольным путем. Кокрофт был известен своей способностью доводить дело до конца, и его коллеги регулярно комментировали то, как легко он справлялся с рабочей нагрузкой, чуть ли не в два с половиной раза превышающей стандартную. Он проводил свои собственные исследования, а также помогал с серьезным экспериментом в соседней лаборатории, в которой Пётр Капица пытался создать чрезвычайно мощные магнитные поля. Разрываясь между различными задачами, Кокрофт мелким неразборчивым почерком строчил напоминания в своей маленькой черной записной книжке. Как говорили его коллеги, все, что он там напишет, «будет незамедлительно рассмотрено»[124]. Он знал о сложной задаче создания высоковольтного устройства для ускорения частиц, но теперь, после выступления Резерфорда, эта идея прочно засела в его голове и в его записной книжке. Он знал, что есть два серьезных препятствия, которые необходимо преодолеть. Одно – теоретическое, а другое – экспериментальное.

Кокрофт был в уникальном положении для решения как теоретической, так и практической стороны проблемы. Первая мировая война прервала его занятия математикой, и после он стал учеником в компании Metropolitan Vickers, или Metrovick, крупной электротехнической фирме в Манчестере, которая занималась промышленным оборудованием, таким как генераторы, турбины, трансформаторы и электроника. Только после этой подработки инженером Кокрофт стал посещать Кембриджский университет, чтобы уже окончательно закрепить свои знания в математике и физике, одновременно став физиком-экспериментатором и вполне респектабельным теоретиком.

Основная теоретическая проблема, с которой они столкнулись, заключалась в том, как направить альфа-частицы или протоны в атомное ядро, когда эти положительно заряженные «снаряды» будут электрически отталкиваться положительно заряженным атомным ядром. Это отталкивание известно как кулоновский барьер. Кокрофт сначала должен был рассчитать энергию, необходимую альфа-частицам, чтобы преодолеть этот барьер и проникнуть в ядро. Из своей теоретической работы он знал, что эта цифра непосредственно соответствует величине напряжения, необходимого для ускорения альфа-частиц с достаточной энергией. Он произвел подсчет, но результат напугал его до полусмерти: потребуется напряжение где-то в диапазоне 10 млн вольт.

Если вы когда-либо стояли рядом с опорой электропередачи напряжением 300 кВ (киловольт), передающей электроэнергию на большие расстояния, и время от времени слышали хлопки и потрескивание, вы понимаете, что работа с таким высоким напряжением довольно опасна. А в 1927 году это было еще страшнее. Сегодня мы относительно знакомы с электричеством, потому что используем его постоянно, но в тот период оно считалось еще довольно новым явлением, и такое высокое напряжение в лабораторных условиях было попросту неслыханным. Опасность того, что устройство, работающее при напряжении в миллионы вольт в лаборатории, может искрить или поразить электрическим током Кокрофта и Уолтона – или, что более вероятно, Резерфорда, который мог войти без предупреждения, – не казалась чем-то смешным. Более того, все части ускорителя должны выдерживать невероятное напряжение без треска, взрывов или искрения.

В то время как Кокрофт обдумывал эту проблему, физики в Соединенных Штатах уже решительно разбирались с проблемой генерации высокого напряжения. Мерл Тьюв пытался использовать катушку Теслы, как и Аллибоун. Роберт Ван де Грааф работал над ленточной системой передачи заряда с большим металлическим куполом. Примерно в то же время были предприняты и другие попытки – высокие импульсные напряжения, разряды конденсаторов и огромные трансформаторы, – и все это во имя придания пучкам частиц энергии. В Европе некоторые немецкие исследователи даже рисковали своей жизнью, пытаясь в горах обуздать молнии.

Тем временем в Кембридже Уолтон и Аллибоун продолжали свои попытки ускорить частицы. Уолтон также попробовал прототипы небольшого кругового и линейного ускорителя, но ни с тем ни с другим успеха не добился. Однако не успели они придумать, что же делать дальше, как в Кембридж прибыл советский физик-теоретик по имени Георгий Гамов и все изменил.

Незадолго до этого Гамов побывал в Германии, в Гёттингене, где изучал новые идеи квантовой механики для своей диссертации.

Пока все занимались изучением расположения электронов в атомах, Гамов решил попытаться применить идеи квантовой механики к атомному ядру. Читая материал по этой теме, он наткнулся на недавнюю статью Резерфорда, описывающую рассеяние альфа-частиц на урановой «мишени»[125]. Резерфорд утверждал, что альфа-частицы рассеиваются согласно его обычным уравнениям, но Гамов в этом сомневался. Он знал, что уран испускает альфа-частицы при радиоактивном распаде с энергией примерно в два раза меньше той, которую Резерфорд использовал для ее бомбардировки.

Хотя Гамов мало что знал о таинственной силе, удерживающей ядро, он понимал, что она должна действовать одинаково независимо от того, входит альфа-частица в ядро или выходит из него. На пути внутрь ядра, как и предполагал Резерфорд, альфа-частица должна преодолеть кулоновский барьер, а затем оказаться запертой в ядре. При радиоактивном распаде альфа-частица должна сначала преодолеть эту удерживающую силу, прежде чем кулоновский барьер ее оттолкнет. Процесс одинаков в обоих случаях, просто обратный. Так как же могло случиться, что альфа-частицы внутри ядра каким-то образом ухитряются просочиться наружу, имея только половину энергии?

Закрыв журнал, Гамов, по его воспоминаниям, «уже знал, что в действительности происходит в таком случае. Это было типичное явление, которое было бы невозможно в классической ньютоновской механике, но фактически ожидалось в новой волновой механике»[126]. В волновой квантовой механике, как мы видели в главе 3, каждая частица имеет волновую природу и может