Было бы излишним приводить всю программу исследований трех ученых в Берлине. Достаточно упомянуть, что за четыре года до конца последних драматических недель 1938 года Гану, Штрасману и Мейтнер удалось подтвердить фундаментальные открытия Ферми и получить те самые трансурановые элементы, что принесло им заслуженное признание в научном мире. Они получили и описали четыре новых химических элемента, которым присвоили временные названия «эка-рений», «эка-осмий»
[3]
, «эка-иридий» и «эка-платина»: рений, осмий, иридий и платина находились прямо над этими вновь полученными элементами в периодической таблице и, следовательно, имели схожие с ними химические свойства. Несомненно, в открытии немецких ученых еще оставались белые пятна и противоречия, однако все верили, что со временем они получат свое дальнейшее развитие и будут должным образом объяснены.
В 1938 году тщательно продуманная стройная теория трансурановых элементов стала давать первые трещины. Вслед за Ферми Ирен Кюри и югославский физик Павле Савич открыли и описали новое радиоактивное вещество, полученное ими в результате бомбардировки урана нейтронами. «Странное» вещество имело период радиоактивного полураспада три с половиной часа. Сначала парижские ученые предположили, что получили изотоп тория, стоящего в периодической таблице на две позиции ниже урана. Теоретически это можно было объяснить тем, что в результате распада после захвата атомом урана нейтрона полученное нестабильное вещество выделило альфа-частицу и превратилось в торий.
До сих пор никому еще не удавалось наблюдать за выделением альфа-частицы изотопом урана, поэтому гордость знаменитой команды Гана в Берлинской лаборатории оказалась задетой таким открытием ученых-соперников.
В 1934 году Л. Мейтнер пыталась обосновать получение изотопа тория, однако при всем старании Штрасману так и не удалось обнаружить следов этого элемента в растворе, полученном в результате проведения опытов с изотопами урана. Мейтнер упрекала Штрасмана в том, что он потерпел неудачу там, где их французские коллеги добились очевидного успеха; однако она отмечала, что французы никого не посвятили в подробности методов проведения своих экспериментов и получения столь сенсационного открытия. Мейтнер попросила Штрасмана повторить эксперимент. Штрасман выполнил ее просьбу, честно пытаясь путем химической реакции с применением в качестве катализатора железа выделить из урана торий. Через неделю расстроенный ученый заверил Мейтнер, что, независимо от того, что заявляют французские коллеги, в полученном растворе торий так и не был обнаружен.
Группа Гана могла бы опубликовать результаты своих исследований и тем самым привести парижских ученых к конфузу. Однако немцы избрали более дипломатичный путь: Ган и Мейтнер написали в Париж письмо, в котором попросили коллег перепроверить результаты их опыта, так как сама группа Гана так и не смогла получить торий. Может быть, мягко настаивали Ган и Мейтнер, Ирен Кюри совершила ошибку? Отто Ган в течение тридцати лет занимался радиохимией, и его авторитет в этой области был непререкаем. Хотя он и не получил ответа на свое письмо, мадам Кюри вскоре опубликовала очередную статью, в которой заявила, что открытое французами странное вещество вовсе не было торием. Теперь она выдвинула еще более авантюрную гипотезу. Поскольку странное вещество с периодом полураспада 3,5 часа было получено в результате реакции с применением в качестве катализатора лантана, Кюри и ее коллега делают заключение:
«Окончательный анализ показал, что свойства вещества с периодом полураспада 3,5 часа соответствуют свойствам лантана. Отсюда следует, что выделить вновь полученное вещество можно только посредством фракцинации».
С точки зрения французов, полученное вещество конечно же не могло быть лантаном, поскольку процесс радиоактивного распада ядра урана не мог зайти так далеко. Это мог быть только еще один «трансурановый» элемент. Но как найти место для «трансуранового» элемента, обладавшего свойствами аналогичными редкоземельному металлу лантану? Как для физиков, так и для химиков такая задача казалась неразрешимой.
Поскольку странное вещество было, так или иначе, зачислено в разряд «трансураниев», изучением которых занималась лаборатория Гана, последний со своими сотрудниками был вынужден сосредоточиться на изучении свойств новичка. Однако до осени 1938 года, когда лаборатория в Париже полностью опубликовала ход и результаты своих исследований, туман так и не рассеялся. К тому же в этот период Ган потерял своего сотрудника Л. Мейтнер и ее советы опытного физика. В июле 1938 года она приняла решение покинуть Германию, поскольку теперь даже австрийский паспорт не мог спасти ее от преследований на расовой почве. Таким образом, двум оставшимся химикам лаборатории в Берлине пришлось самим вести исследования, которые привели их к необычному заключению.
Бегло просмотрев новый отчет Ирен Кюри, профессор Ган передал его Штрасману со словами, что теперь француженка, наконец, опубликовала методику проведения своих экспериментов и, может быть, они представляют интерес. Штрасман внимательно изучил документ и понял, что обнаружил ошибку в выводах французов: будучи опытными физиками, они были плохо осведомлены о методах радиохимии. Поэтому, как полагал Штрасман, они приписали некоему «странному веществу» свойства двух новых веществ, полученных путем реакции воздействия на ядро атома урана.
Штрасман поделился своими подозрениями с Ганом; тот посмеялся над его теорией, однако коротко добавил, что в словах коллеги есть доля правды. В течение недели немцы проводили серию впечатляющих экспериментов, целью которых было выделить новое радиоактивное вещество или вещества из урана, протактиния, актиния, тория, а также всех трансурановых элементов. После серии экспериментов было получено два, а может быть, и более новых радиоактивных вещества. Что это были за вещества?
С помощью бария им удалось выделить три радиоактивных элемента, которые распадались на новые вещества, одно из которых, вероятно, и было тем загадочным элементом, выделенным с помощью лантана. В свете нового открытия немецкие ученые сделали вывод, что три первично полученных элемента представляли собой изотопы радия, а три последующих – изотопы актиния. Единственной альтернативой могло быть, что эти вещества являлись всего-навсего изотопами бария и лантана, что казалось немыслимым с физической точки зрения, поскольку барий и лантан с точки зрения законов физики не могли быть продуктами радиоактивного распада урана.
Когда в конце 1938 года Ган и Штрасман опубликовали свои выводы, что в результате деления ядра атома урана получены три новых вещества: изотопы радия и актиния, многие физики отказывались принять их. Они не могли себе представить химическую реакцию с мгновенным выделением двух альфа-частиц, в результате которой уран превращался в радий. Тем более, что немецкие ученые бомбардировали ядра урана «медленными» (то есть обладавшими низкой энергией) нейтронами. Во время поездки в Копенгаген профессор Ган изложил свою теорию выдающемуся датскому физику Нильсу Бору, однако даже Бор прямо заявил ему, что последовательное выделение двух альфа– частиц является «неестественным». Сам датчанин был склонен считать, что полученные в ходе реакции вещества представляли собой трансурановые элементы. Л. Мейтнер написала Гану из Стокгольма возмущенное письмо, в котором отмечала, что немецкие ученые «легкомысленно игнорируют железные законы физики, не допускающие подобного фривольного подхода к науке».
