Поначалу думалось, что это всего лишь вторичное излучение, подобное рентгеновскому: оно рождается в радиоактивном веществе, когда пробиваются наружу и тормозятся в его толще быстрые электроны бета-лучей.
Почти четыре года Резерфорд довольствовался такой гипотезой. Правда, он не настаивал на ней. Не ставил опыты в ее обоснование и не доискивался ее опровержения. Умозрительная, она выглядела логичной. Он знал, что по крайней мере один странный факт делал ее уязвимой: полоний Марии Кюри испускал только альфа-лучи, и, следовательно, они могли появляться независимо от бета-частиц. Резерфорд не забывал указывать на этот факт при каждом удобном случае. Но радиоактивность демонстрировала уже столько странностей, что спешить с окончательными суждениями всегда было опасно. Он и не спешил. Однако только потому, что мысли его в те годы были поглощены иными проблемами. А для их решения не столь уж важно было, какова истинная природа альфа-составляющей радиоактивных лучей. Всего существенней была, как правило, суммарная интенсивность радиации.
Но, конечно, дс жен был прийти день, когда альфа-вопрос больше не мог оставаться открытым. Этот день пришел в начале 1902 года, именно тогда, когда впервые обрисовался круг идей теории атомного распада. Сразу возникла совсем другая гипотеза: а не есть ли и альфа-излучение поток каких-то структурных атомных частичек, конечно, отличных от электронов, но тоже покидающих атомы при их трансмутации?
Эта гипотеза не шла ни в какое сравнение с прежней, так она была содержательна. Только-только родившаяся и еще не оформившаяся до конца, теория превращения элементов уже работала, как должна работать всякая настоящая физическая теория: она подсказывала новые проблемы и предсказывала новые эффекты!
Тотчас перестало казаться странным поведение полония. А вскоре Резерфорд убедился, что полоний вообще не исключение: чистый уран и чистый торий тоже испускали лишь альфа-лучи и ие испускали бета-электронов. Он установил это к весне 1902 года с помощью молодого А. Грайера, чье имя уже упоминалось мельком, когда речь шла о возникновении в Мак-Гилле школы Резерфорда. Инженер-электрик Грайер, подобно своему коллеге Оуэнсу, без раздумий пленился предложением Резерфорда поработать вместе над сравнительным излучением альфа- и бета-радиаций.
Впрочем, на первый взгляд в той работе все еще не было равноправия между альфа- и бета-лучами. Грайеру пришлось придумывать установку для изучения ионизационного действия одних лишь бета-частиц: пущенный в дело магиит был достаточно мощен для заметного отклонения от прямолинейного пути только электронов. И само название для той работы Резерфорд выбрал одностороннее — «Отклоняемые лучи радиоактивных субстанций». Однако истинным героем всего исследования было альфа-излучение. Резерфорд прощался со старым заблуждением — с гипотезой о побочном происхождении альфа-лучей.
Но расставание со старой гипотезой еще не торжество новой. И хотя совместная работа с Грайером была завершена в апреле 1902 года, альфа-роман Резерфорда начался позднее, когда он уверился, что альфа-радиация — поток тяжелых частиц.
Это отняло еще полгода, ибо потребовало двух специальных исследований. Первое было закопчено в июле и снова носило обманчивое название — такое, точно вовсе не альфа-лучи его интересовали: «Возбужденная радиоактивность…» Но снова все сводилось к размышлениям о природе альфа-лучей. И на этот раз, совсем как в детской игре «холодно-горячо», он уже близко подошел к правде. Близко, но еще не вплотную. Безупречное логическое рассуждение привело его в последний момент к ошибке.
Он обнаружил: эманация, превращаясь в вещество возбужденной радиоактивности — в «Е. R.», — испускает только альфа-излучение. А налет «Е. R.» при этом легче всего образуется на отрицательно заряженной пластинке. Значит, это вещество заряжено положительно. Но атомы эманации нейтральны. Следовательно, альфа-лучи уносят из них заряды со знаком минус.
Так, летом 1902 года Резерфорд имел еще совсем превратное представление об альфа-лучах: да, это поток тяжелых частиц, но заряженных не положительно, а отрицательно!
К счастью, такая ошибка была легко исправимой. Может быть, поэтому о ней обычно не вспоминают ни биографы Резерфорда, ни историки атомной физики. А между тем это очень выразительная черта в летописи познания микромира: элементарнейшие вещи вовсе не давались сами в руки исследователей.
Резерфорд исправил свою ошибку осенью, после каникул. А почему не сразу? Разве так уж сложно было поставить очевидный опыт: поместить источник альфа-лучей меж полюсов магнита и посмотреть, в какую сторону магнитное поле отклоняет эти гадательно заряженные частицы? Если в ту же, что и электроны, значит и заряд у них тот же: отрицательный. Если в противоположную — положительный…
Ну, разумеется, он это сделал. Но результат-то был неутешительный: альфа-лучи вообще не претерпевали отклонения, словно заряд их был равен нулю! Резерфорд был уже не первым, кого постигала такая неудача. Недаром в научной литературе того времени повелось называть альфа-радиацию неотклоняемыми лучами. Однако Резерфорд стал, кажется, первым, кого эта явная неудача не обескуражила. Он, представлявший себе атом в виде некой электрической системы, настолько не сомневался теперь в заряженности альфа-частиц, что их неотклоняемость в магнитном поле только подхлестнула его воображение. Из этого-то нелепого факта он и сделал вывод о массивности альфа-частиц. Маленький предположительный расчет — и он уверенно объявил в своей июльской работе, что слабое поле его лабораторного магнита просто не могло с ними справиться. Вот и все! А заряженность их несомненна.
Нужен был сильный магнит. И осенью, в дни майкл-терма 1902 года, он однажды зашел в электротехническую лабораторию Мак-Гилла. Старый друг Оуэнс понял его с полуслова. Едва ли не в тот же день начался демонтаж самой большой университетской динамо-машины Эдисона мощностью в 30 киловатт. «Благодаря доброте профессора Оуэнса… я получил возможность создать достаточно сильное поле, чтобы полностью отклонить альфа-лучи».
Это не из частного письма и не из застольной речи. Это из текста статьи Резерфорда, в само название которой впервые проникли, наконец, альфа-лучи (правда, все еще под псевдонимом): «Магнитное и электрическое отклонение легко поглощаемых лучей радия». С обычной своей обязательностью Резерфорд спешил отдать должное тем, кто помог ему в исканиях. Он не забыл указать даже, что только благодаря посредничеству Пьера Кюри у него в руках оказался довольно сносный радиевый препарат. И не забыл сделать ссылку иа Стрэтта и Крукса, которые еще в 1900 году высказали предположение, что альфа-лучи, быть может, состоят из положительно заряженных частиц. Ои сделал эту ссылку, хотя то были всего лишь словесные догадки, решительно ничем не обогатившие его собственное исследование. Но когда он с изумлением обнаружил, что альфа-частицы отклоняются в сторону, противоположную электронам, он тотчас вспомнил о пророчестве своих коллег.
Но, конечно, смысл той памятной работы Резерфорда заключался отнюдь не в определении знака заряда альфа-частиц. Свою июльскую ошибку он исправил попутно. За него это сделали сами альфа-частицы, отклонившись «не в ту сторону». Главным же было другое: степень искривления их траекторий в магнитном поле. И еще: степень отклоняющего действия поля электрического. По двум этим величинам можно было составить количественное представление об альфа-частицах.
Так пятью годами раньше, весной 1897 года, Дж. Дж. Томсон с помощью подобных измерений набросал портрет своих корпускул-электронов. Он узнал, что они способны двигаться с колоссальными скоростями, близкими к световой. Но всего существенней, что он смог оценить отношение их заряда «е» к массе «m». Знаменитое отношение: e/m!
Сколько тонких экспериментаторских ухищрений вызвало к жизни стремление физиков все точнее и точнее определять эту величину. При лабораторной технике тех времен раздельное определение ничтожного заряда и ничтожной массы микротелец оказывалось почти недоступным. А величина e/m входила в формулы для многих макрособытий, и потому попытки все более точного ее измерения не были тщетными.