Долго думал Рэмзэй о том, что бы это могло означать. Гелий не соединяется ни с ураном, ни с торием: ведь он ленивый газ. Так почему же он всегда встречается там, где встречаются уран и торий? Что общего у него с ними?

Но как Рэмзэй ни старался, как ни ломал себе голову, ему не удалось разрешить эту загадку.

Загадку разрешили другие — физик Резерфорд и химик Содди.

Невидимые лучи

Металл уран был известен химикам давно — ещё с восемнадцатого века. Химики изучили и чистый уран, и разнообразнейшие соединения урана с другими веществами. Но никому из них не приходило в голову, что в уране есть что-то необыкновенное. И в самом деле, на первый взгляд ничего необыкновенного в уране нет. По виду он похож на серебро, по тяжести на платину, а химические свойства у него почти такие же, как у металла вольфрама. Химики были твёрдо убеждены, что уран — заурядный металл, металл, каких много.

Но в марте 1896 года парижский химик Беккерель неожиданно обнаружил, что этот заурядный металл имеет странное свойство: он испускает лучи. Прошло несколько месяцев, и другой химик, Шмидт, заметил, что такие же лучи испускает другой металл — торий. Потом в Париже двое учёных — Пьер Кюри и его жена Мария Кюри — открыли в урановой руде примесь третьего металла, испускающего лучи, — металла радия. А в Канаде, в городе Монреаль, два молодых человека — физик Резерфорд и химик Содди — нашли ещё одно вещество, испускающее лучи. На этот раз вещество оказалось не металлом, а газом. В металле радии были обнаружены крохотные пузырьки нового газа, испускающего лучи. Резерфорд и Содди собрали пузырьки и изучили их. Оказалось, что это ленивый газ, такой же, как аргон, гелий, неон, криптон, ксенон. Резерфорд и Содди дали новому ленивому газу имя нитон[12]. По-гречески это значит «сияющий».

Эрнест Резерфорд

Уран, торий, радий, нитон — четыре вещества, испускающие лучи. Из них первые два — уран и торий — были известны уже целое столетие. Почему же так долго никто не замечал, что они испускают лучи? Почему это было открыто только в конце девятнадцатого века?

Да потому, что эти лучи — невидимые. Раскалённый уголь, раскалённое железо, расплавленная платина испускают лучи, которые можно увидеть глазами. А торий, уран, радий, нитон испускают лучи, которые увидеть невозможно. А если так, то каким же образом физики всё-таки заметили эти лучи?

Фредерик Содди

Лучей урана, тория, нитона, радия не видит человеческий глаз. Но их видит фотографическая пластинка. Пластинка чернеет, когда на неё падают невидимые лучи. Но есть и ещё способ заметить их безо всякой фотографической пластинки. Существует такое вещество: сернистый цинк. Когда на сернистый цинк падают невидимые лучи, он начинает светиться.

Фотография, снятая лучами радия

Фредерик Содди сделал такой опыт: он взял стеклянную трубочку, в которой было немного радия, и фотографическую пластинку, запертую в кассету, в которую не проникает ни один луч света. Содди стал водить трубочкой, как карандашом, по кассете. Лучи, испускаемые радием, прошли через кассету, и на пластинке отпечатались те самые слова, — Radium writing — «писание радием», — которые Содди вывел на кассете своей трубочкой. После этого Содди проявил пластинку, отфиксировал её и приготовил позитив.

Английский физик Крукс, тот самый Крукс, который когда-то телеграфировал Рэмзэю, что «криптон это гелий», захотел узнать, что происходит с сернистым цинком, когда на него падают невидимые лучи.

Он взял маленький медный стаканчик. Дно стаканчика он обмазал сернистым цинком. А внутри, на высоте нескольких миллиметров над дном, он прикрепил к стенке иголочку. На остриё иголочки была насажена крохотная невидимая пылинка радия. Потом он пошёл в тёмную комнату и принялся смотреть на дно стаканчика сквозь увеличительное стекло.

Сперва он не видел ничего, но потом, когда его глаза привыкли к темноте, он обнаружил удивительное явление.

На дне стаканчика вспыхивали искорки. Вспыхивали и сейчас же угасали. Искорок было много. Они загорались то здесь, то там. Всё дно стаканчика было усыпано ими — совсем как уголок ночного неба, густо усыпанный звёздами. С одной только разницей. На глазах у астронома звёзды не гаснут. Не одна сотня тысячелетий пройдёт перед тем, как изменится привычный рисунок созвездий, распадётся Большая Медведица, распустится Пояс Ориона. А звёздочки, которые видел Крукс, загорались и гасли каждое мгновение. Каждое мгновение распадались одни созвездия и вспыхивали другие. Это светился сернистый цинк, на который падали невидимые лучи, испускаемые радием.

Справа — прибор Крукса для наблюдения вспышек на сернистом цинке. Слева — схема прибора (А — пылинка радия на кончике иглы, В— сернистый цинк, С— лупа).

Глядя на вспышки, Крукс сделал важный вывод о природе таинственных лучей. Если бы радий испускал свои лучи непрерывно, как солнце испускает свои, то дно стаканчика светилось бы равномерным блеском. Но на поверхности сернистого цинка появлялись только отдельные вспышки, а потом они исчезали, и вместо них появлялись новые. Значит, радий испускает свои лучи не сплошным потоком, а отдельными взрывами, отдельными комочками, отдельными частичками. Лучи, испускаемые радием, это поток каких-то частиц, которые вылетают из него, как пули из пулемёта. И то, что видел Крукс, — это была бомбардировка сернистого цинка таинственными микроскопическими снарядами, которые вылетали из крошечной пылинки радия на кончике иглы.

Рождение гелия

Известие об опыте Крукса дошло до лаборатории Резерфорда и Содди в далёком Монреале. И это известие неожиданно натолкнуло молодых учёных на решение вопроса, над которым безуспешно бился Рэмзэй. Резерфорд и Содди сопоставили два факта.

Факт № 1: гелий, как установил Рэмзэй, всегда обнаруживается в минералах вместе с веществами, испускающими невидимые лучи, — с торием и ураном.

Факт № 2: невидимые лучи, как установил Крукс, это поток каких-то частиц.

Между этими фактами — рассуждали Резерфорд и Содди — должна существовать какая-то связь. Какая же? Резерфорд и Содди решились на смелую догадку:

Проверка опытом

Высказать догадку — этого мало. Нужно суметь доказать, что она правильна. А для этого есть только одно средство — опыт.

Весной 1903 года Фредерик Содди приехал в Англию. В Лондоне он увиделся со знаменитым Рэмзэем. Они решили проверить на опыте, верно ли, что частицы, которые наблюдал Крукс, это частицы гелия.

Рэмзэй и Содди наполнили спектроскопическую трубочку нитоном. Через трубочку пустили электрический ток, и нитон засветился голубоватым огнём. Тогда Рэмзэй и Содди взяли спектроскоп и стали рассматривать спектр. Они увидели три яркие линии: оранжевую, жёлтую, зелёную. Это были спектральные линии нитона. Никаких других линий в спектре не было видно.

Рэмзэй и Содди оставили нитон в спектроскопической трубочке и ушли. А через два дня они вернулись в лабораторию, снова включили ток и снова рассмотрели спектр запертого в трубочке газа. И что же? Спектральные линии нитона горели на своих местах в оранжевом, жёлтом и зелёном участке спектра, но они стали гораздо слабее, чем за два дня перед тем. А рядом с ними горели новые линии, которых два дня тому назад не было. Рэмзэй и Содди сразу узнали их: это были спектральные линии гелия.