Девять лет он ходил сюда на работу — по рю Университет поднимался к физическому корпусу, который, как и парк в центре студенческого городка, с тех пор носит его имя. О лучевой болезни тогда еще не знали, работали бесстрашно и в Физикс-билдинг университета МакГилл до сих пор живет радиоактивная тень великого Резерфорда.
В 1962 году ее демонстрировали профессору В. Гольданскому, советскому делегату Международного конгресса радиохимиков в Монреале.Возле грифельной доски, где в былые годы рисовал схемы и уравнения самый, пожалуй, великий физик-экспериментатор XX века, отчетливо потрескивают счетчики Гейгера. Резерфорд протягивал руку с мелком и писал на доске — там осталась активность. Он расхаживал у доски — и на полу осталась активность. Сегодня можно экспериментально установить, как высоко доставала его рука и где он предпочитал останавливаться.
Монреаль, как известно, город студентов. По их числу на душу населения он уступает только Бостону. И лучший университет Канады это МакГилл, где на 21 факультете учатся 30 000 студентов. В рейтинге газеты The Guardian он занял в 2010 году 19-е место в мире. Почтенное учебное заведение! И, оказывается, не только в Париже и Кембридже, но и здесь, в лабораториях МакГилла занималась заря атомного века. Сейчас там музей Резерфорда, именно за монреальские работы получившего Нобелевскую премию по химии в 1908 году!
Осенью 1898 года Резерфорд прибыл в Монреаль, чтобы занять место профессора на Макдональдовой кафедре экспериментальной физики. Декан факультета профессор Джон Кокс ездил в Кембридж в поисках подходящей кандидатуры на эту вакансию, и сам Джи-Джи (знаменитый Дж. Дж. Томсон) порекомендовал ему Резерфорда. В рекомендации было сказано: «У меня никогда не было молодого ученого с таким энтузиазмом и способностями к оригинальным исследованиям, как г-н Резерфорд, и я уверен, что, если он будет избран, он создаст выдающуюся школу физики в Монреале… Я считал бы счастливым то учреждение, которое закрепило бы за собой Резерфорда в качестве профессора физики».
В 1919 году Резерфорд сменит Томсона на посту руководителя прославленной Кавендишской лаборатории и останется ее директором до последнего дня своей жизни — 19 октября 1937 года.
И хотя поначалу он колебался покидать главный центр мировой науки ради периферийного Монреаля, перспектива стать в 26 лет полным профессором и годовая зарплата в 2500 долларов решили выбор. К тому же физический корпус МакГилла, построенный на средства табачного миллионера Уильяма Макдональда, был новым и прекрасно оборудованным, что позволяло вести так любимую им исследовательскую работу. Резерфорда заслуженно называют отцом ядерной физики и величайшим физиком-экспериментатором ХХ столетия.
Между прочим, в Кембридже аспирант из Новой Зеландии сначала занимался электромагнитными явлениями и, в частности, в феврале 1896 года собрал самый чувствительный в мире детектор электромагнитных волн с радиусом действия до 3 километров. Иными словами, он опередил и Попова, и Маркони! Он мог бы стать одним из изобретателей радио, но Томсон поручил ему исследование электропроводимости ионизированных рентгеновскими лучами газов. Тогда Резерфорд задумался над особенностями ионизации газов под действием таинственного излучения урана, обнаруженного Анри Беккерелем в феврале 1896 г. И на всю жизнь увлекся радиоактивностью. Впрочем, этого термина еще не было, Мария Склодовская-Кюри ввела его после того, как в 1898 году — в то время, когда пароход увозил Резерфорда за океан — она совместно с Пьером Кюри завершила работу по выделению из руд новых элементов, полония и радия, куда более радиоактивных, чем уран и торий.
Это было замечательное время, рождалась не умозрительная, как во времена Демокрита, но практическая, экспериментальная атомистика! В 1897 году, когда Резерфорд работал у Томсона, тот установил, что катодные лучи представляют собой поток отрицательно заряженных частиц, масса которых в 2000 раз меньше массы атома водорода. Так была открыта первая элементарная частица, электрон (это название чуть позже предложил голландский физик Лоренц). Следующий шаг сделал уже сам Резерфорд в 1899 г. Он обнаружил, что уран испускает два вида эманации, и назвал их альфа- и бета-лучами.
В том же году Гейзель, Беккерель и мадам Кюри пришли к заключению, что бета-лучи это просто быстрые электроны. Проблему альфа-частиц в основном решил сам Резерфорд. В начале 1903 года он определит их химический состав. Опыт представлял для своего времени исключительный образец экспериментального искусства и изобретательности и позволил идентифицировать альфа-частицы с атомами гелия. Однако его пришлось дополнить расчетами. Уже в 1908 г., став профессором Манчестерского университета, Резерфорд провел прямой опыт и спектроскопически получил характерные линии гелия. Идентификация была абсолютно точной. А в промежутке Поль Виллар открыл у урана еще один вид излучения, которое Резерфорд обозначил третьей буквой греческого алфавита. Со временем выяснилось, что гамма-лучи это высокоэнергетичное электромагнитное излучение.
В этот период им были сделаны фундаментальные открытия. Он нашел, что соединения тория и радия испускают радиоактивные частицы, эманацию, которая увлекается движением воздуха, поглощается веществом и теряет со временем способность к радиоактивности — это были изотопы радона. Кстати, открытие радиоактивности и радона совпало с повышением интереса к биологическим эффектам радиации. Было установлено, что вода многих источников минеральных вод богата эманацией радия, и вслед за этим последовала волна моды «на радиацию». В рекламе того времени радиоактивность минеральных вод выдавалась за главный показатель их полезности и эффективности…
В 1900 г. Резерфорд разгадал загадку открытой супругами Кюри индуцированной (возбужденной) радиоактивности, обусловленной испускаемой торием эманацией, интенсивность которой убывает с течением времени по экспоненте. В совместной с Ф. Содди статье 1903 г. Резерфорд окончательно утверждает гипотезу и формулирует закон радиоактивного распада, выписывает цепочки радиоактивных превращений урана, тория и радия. Другой канадский ученик Резерфорда впоследствии известный радиохимик, Нобелевский лауреат профессор Отто Ганн, прославившийся открытием в 1938 г. реакции расщепления ядер, «отец ядерной химии», назовет свои мемуары «От радиоактивного тория до расщепляющегося урана». Этим он подчеркнет, что канадские опыты Резерфорда послужили началом большого этапа науки, включающего в себя ядерную физику и завершившегося расщеплением урана.
Похоже, уже в Монреале Резерфорд задумался о применении альфа-частиц для анализа структуры атома, что привело к знаменитым манчестерским экспериментам Гейгера-Марсдена с золотой фольгой. Частицы легко пронизывали ее, незначительно изменяя направление, но Резерфорд предложил посмотреть, не отскакивают ли они на большие углы — и произошло то, что он назвал самым невероятным событием своей жизни. Оказалось, что некоторые альфа-частицы рассеиваются перпендикулярно первоначальному направлению пучка и даже отбрасываются назад. В 1911 г. Резерфорд отправил в журнал Philosophical Magazine статью с подробным анализом результатов своих сотрудников и других ученых, полученных при исследовании рассеяния альфа-частиц и электронов на различных металлах. В конце этой работы он констатирует: «При рассмотрении данных в целом, по-видимому, наиболее простым является предположение, что атом имеет центральный заряд, распределенный по очень малому объему».
Это и была первоначальная формулировка резерфордовской модели атома, опрокинувшая общепринятые представления о его структуре и приведшая вскоре к знаменитой планетарной модели Бора! С тех пор и рисуют везде и всюду знакомую всем с детства модель.
Резерфорд прославил МакГилл, провинциальный университет превратился в крупнейший в то время мировой центр изучения радиоактивности. Однако самому Резерфорду казалось, что здесь его работы продвигаются недостаточно быстро отчасти из-за того, что круг его сотрудников сравнительно узок. Ему хотелось привлечь к своим исследованиям одаренных молодых ученых, окончивших лучшие европейские университеты. В те времена трудно было уговорить молодого ученого отправиться в далекую Канаду для многолетней работы, и Резерфорд еще в 1901 г. писал в Кембридж Дж. Томсону: «После пяти лет, проведенных в Кавендише, я чувствую себя несколько в стороне от науки; мне очень не хватает общения с людьми, интересующимися физикой».
Дело в том, что гений Резерфорда проявился не только в удивительном искусстве экспериментатора, хотя Резерфорд первым понял, как устроен атом, первым идентифицировал протон как самостоятельную элементарную частицу (и дал ему имя) и первым же осуществил искусственную ядерную реакцию, превратив азот в кислород. Он обладал исключительным педагогическим даром и создал настоящую школу современной физики (у Эйнштейна, вот, учеников не было). Где бы ни был Резерфорд, вокруг него собирались молодые ученые. Исследования его учеников и сотрудников привели к изобретению ионизационного счетчика заряженных частиц (Гейгер), выявлению связи между местом элемента в таблице Менделеева и спектром его рентгеновского излучения (Мозли), созданию линейного ускорителя протонов и использованию его для расщепления атомного ядра и искусственного получения радиоактивных изотопов (Кокрофт и Уолтон), открытию нейтрона (Чедвик), выделению гелия-3 и трития (Олифант и Хартек), получению сверхсильных магнитных полей (Капица). Его учеником был сам Нильс Бор!
Для Петра Капицы Крокодил (такую кличку дал Резерфорду сам Капица, и она приклеилась намертво!) выбил огромные по тем временам деньги, 15000 фунтов, и построил ему прекрасно оборудованную лабораторию. Там были заложены основы нового, технологичного, крупномасштабного научного эксперимента, так что можно уверенно считать гигантский ЦЕРНовский БАК (большой адронный коллайдер) потомком удивительно простых лабораторных установок Резерфорда!
Кстати, в возрасте 75 лет Капица посетил Монреаль, причем прибыл (дело было в 1969) на известном в свое время новейшем теплоходе «Александр Пушкин». Разумеется, побывал он и в музее своего учителя в университете МакГилл. Можно представить себе, с каким чувством Капица рассматривал приборы, о которых сам Крокодил рассказывал ему, повторяя с гордостью, что все они сделаны его собственными руками. В Монреальском физическом обществе Капица прочитал свои «Воспоминания о Резерфорде», побывал и в атомном центре в Чок-Ривер (Онтарио), созданном его покойным другом Джоном Кокрофтом. Здесь ему подарили яблоко с того самого дерева, под которым сидел Исаак Ньютон. Он передал его сотруднику Московского института физических проблем, и тот обещал его размножить…
Не знаю, удалось ли это сделать, сохранились ли эти яблони, достанется ли хоть одно дерево Сколкову, но будем надеяться. Преемственность в науке — большое дело.
Монреаль-Бостон
