Многие американские студенты стремились тогда в европейские университеты, чтобы усовершенствовать свои познания в физике под руководством ученых, развивавших представления о структуре материи по совершенно новым путям. Эти молодые люди сочетали свою энергию с теми преимуществами, которые им предоставляли родительские доллары или стипендии, обеспечивающие значительно более высокий жизненный уровень, чем тот, на который могли претендовать их европейские товарищи.

Кембридж. Первые исследования атома

Роберт Оппенгеймер был принят в Кембриджский университет. Там он начал работать в лаборатории Кавендиша под руководством великого английского ученого Резерфорда, которого ученики между собой в шутку называли «Крокодил». Резерфорд носил в жилетном кармане огромные часы, тиканье которых уже издали предупреждало о его приближении. Все это напоминало известную сказку о крокодиле, проглотившем часы. После смерти лорда Резерфорда в 1937 году в британских лабораториях стали употреблять новую единицу измерения разности потенциалов (не включенную пока в Международные таблицы единиц измерений) – «крокодил», равный одному миллиону вольт.

Прозвище Резерфорда оправдывалось еще и тем, что оно превосходно выражало крайнюю неуравновешенность характера ученого, разражавшегося иногда страшными вспышками гнева. Однако это не мешало ему проявлять нежную заботу о своих «мальчиках». Один из них, русский ученый Петр Капица, в 1933 году украсил фасад построенной для него в Кембридже лаборатории фигурой крокодила, вырезанной из камня английским скульптуром Эриком Гиллом. В день торжественного открытия, когда Капицу спросили, что должно означать это животное, столь редко встречающееся в британских озерах, он дал следующий остроумный ответ: «Крокодил подобен научному прогрессу: он также перемалывает своими стальными челюстями все встречающееся ему на пути и никогда не оборачивается назад».

Роберт Оппенгеймер быстро выделился среди «мальчиков» своей способностью проводить экспериментальные и теоретические исследования.

Лаборатория Резерфорда занимала тогда одну из командных высот в молодой атомной науке. Это там в 1903 году английский физик разработал теорию последовательного распада радиоактивных веществ, свойства которых были открыты Беккерелем и супругами Кюри. Резерфорд построил полную генеалогическую ветвь урана-238, последовательное расщепление которого дает (кроме прочих продуктов распада) торий, радий, радон (или эманацию радия) и завершается устойчивым свинцом, не обладающим радиоактивностью. В процессе этих самопроизвольных превращений вещество испускает три совершенно различных вида излучения, которые были обозначены α, β и γ. Резерфорд и его сотрудники открыли истинную природу альфа-лучей, состоящих из ядер с двумя положительными зарядами, иными словами, из ядер гелия, выбрасываемых с энергией порядка нескольких миллионов электрон-вольт.

Именно у Резерфорда возникла идея использовать эти положительно заряженные снаряды, которыми являются альфа-частицы, испускаемые радиоактивными веществами, для исследований электрических свойств атома. Таким образом, предмет открытия – альфа-частица стала сама ценнейшим средством для новых научных открытий. Наблюдая отклонения альфа-лучей мишенями из различных веществ, Резерфорд пришел к выводу, что атом содержит очень плотное ядро, которое отталкивает излучение, и что ядро представляет собой носитель положительных зарядов, число которых является характеристическим для каждого элемента: единица – для водорода, два – для гелия, восемь – для кислорода, девяносто два – для урана. В электрически нейтральном атоме число положительных зарядов, содержащихся в ядре равно числу отрицательных зарядов, носителями которых являются электроны. Такое представление об атоме, дополненное несколько позднее Бором, было значительно усложнено в результате последующих исследований, однако оно остается классической моделью атома и всегда может служить для объяснения многих свойств вещества. Это представление дало естественное освещение периодической системе элементов, эмпирически открытой в 1869 году русским ученым Менделеевым по их физико-химическим свойствам. Номер, соответствующий каждому элементу в таблице Менделеева, обозначает не что иное, как число положительных зарядов в его ядре, а стало быть, и число электронов, определяющих химические свойства элементов.

Резерфорд пошел еще дальше. В 1919 году он впервые осуществил мечту алхимиков об искусственном превращении элементов. В азоте, подвергнутом бомбардировке альфа-частицами, были обнаружены следы водорода и кислорода. Что же произошло? Некоторые альфа-частицы (два положительных заряда) проникли в ядра азота (семь положительных зарядов), выбили из них один заряд (ядро водорода), после чего в ядре осталось восемь зарядов (ядро кислорода). Человек оказался у источника неизвестной ранее громадной энергии, которую заключают в себе силы сцепления атомного ядра. При этом остается историческим курьезом то, что алхимик нашего времени – Резерфорд – до конца своих дней относился скептически к возможности использовать в широких масштабах ядерную энергию, пионером которой он являлся. А через восемь лет после того, как «Крокодила» не стало, его ученик Оппенгеймер должен был взорвать первую атомную бомбу…

В лаборатории Кавендиша молодой американский физик оказался очевидцем той ожесточенной борьбы, которую вели британские ученые, как и большинство их коллег в других странах, для того чтобы добиться от правительства или меценатов все более дорогих и более сложных приборов, необходимых для дальнейших исследований.

Журналист Роберт Юнг в своей книге «Ярче тысячи солнц» пишет, что приборы, которыми пользовались ученые-атомники Кембриджа, были очень примитивными, что большинство исследователей мастерило их своими руками, пользуясь воском, проволокой и самодельными колбами. Когда английский физик Г.Д. Эллис в 1919 году увидел установку, с помощью которой Резерфорд осуществил первые превращения атомов, то он был даже «шокирован тем, что аппаратура не производила более внушительного впечатления». Весь комплект измерительной аппаратуры помещался в небольшой картонной коробке.

В 1932 году Кокрофт и Уолтон в той же лаборатории, правда несколько переоборудованной, осуществили первые превращения элементов с помощью бомбардировки искусственно ускоренными протонами (ядрами водорода). Вот как описал их аппаратуру Жак Бержье: «Современный физик при виде машины, с которой работали Кокрофт и