Для изучения этого металла Сциларду нужны были лаборатория и радиоактивный источник. Ядро бериллия связано настолько непрочно, что он предполагал, что сможет выбивать из него нейтроны не только альфа-частицами или нейтронами, но даже гамма-лучами или высокоэнергетическим рентгеновским излучением. Гамма-лучи испускал радий, а радий можно было найти в ближайшей крупной больнице. Поэтому Сцилард, бывший на редкость практичным мечтателем, пришел к директору физического отделения медицинского колледжа при больнице Св. Варфоломея. Нельзя ли ему использовать для экспериментов имеющийся в больнице радий, «который летом все равно почти никто не использует»? Эти эксперименты могут принести пользу медицине. Директор полагал, что это возможно, если он будет работать вместе с кем-нибудь из сотрудников больницы. «На это согласился один очень любезный англичанин, мистер [Т. А.] Чалмерс, и в течение следующих двух месяцев мы с ним проводили эксперименты»[948].

В их первом эксперименте был продемонстрирован восхитительно простой метод выделения изотопов йода путем бомбардировки соединений йода нейтронами. Затем они использовали этот эффект Сциларда – Чалмерса (как его стали называть впоследствии), обладавший высокой чувствительностью, для измерения производства нейтронов во втором эксперименте: выбивание нейтронов из бериллия при помощи гамма-излучения радия. «Эти эксперименты, – саркастично вспоминает Сцилард, – создали мне репутацию ядерного физика, если не в Кембридже, то в Оксфорде. [На самом деле той же весной Сцилард пытался поступить на работу в Кавендишскую лабораторию к Резерфорду, но тот ему отказал[949]. Я никогда раньше не работал в ядерной физике, но в Оксфорде меня считали специалистом… В Кембридже… такой ошибки не допустили бы. Там меня считали выскочкой, который, возможно, производит всякие наблюдения, но такие наблюдения нельзя считать открытиями, пока их не повторят и не подтвердят в Кембридже»[950].

Хотя летняя работа помогла Сциларду заработать репутацию в Оксфорде, лично для него она закончилась разочарованием: бериллий оказался неподходящим кандидатом на цепную реакцию. Проблема, которую разрешили только в 1935 году, была связана с общепринятым значением массы гелия[951]. Единственный стабильный изотоп бериллия состоит из двух ядер гелия, непрочно связанных вместе нейтроном[952]. Масса этого изотопа, вычисленная на основе измеренной Фрэнсисом Астоном массы гелия, казалась большой, что, по-видимому, говорило о его неустойчивости. Однако масс-спектрограф был прибором своенравным, даже в руках своего собственного создателя, и, как вскоре показали Бете, Резерфорд и другие, измерения Астона были неточны: он получил слишком большое значение массы гелия. Одной из жертв этой ошибки стали перспективы использования бериллия для получения цепной реакции, производства атомной энергии и атомных бомб.

В начале июля Эмилио Сегре и Эдоардо Амальди совершили паломничество в Кембридж[953]. Они плохо знали английский язык, но привезли с собой всеобъемлющий отчет о римских исследованиях с использованием бомбардировки нейтронами. Они встретились с Чедвиком, Капицей и другими завсегдатаями Кавендишской лаборатории, видели на прогулке уже ушедшего в отставку Дж. Дж. Томсона, заметили, что Астон, как невинно говорит Амальди, «продолжал работать над повышением точности измерений атомных масс», и имели запоминающуюся беседу с Резерфордом, «сильная личность которого царила над всей лабораторией»[954].

Два молодых физика приехали, чтобы сравнить свои эксперименты с работой двух «мальчиков» Резерфорда. В нейтронной работе оставался один еще не решенный вопрос, который ставил под сомнение существующую ядерную теорию[955]. В статье в Nature, которую они привезли с собой, это затруднение было честно описано. Речь шла о так называемом «радиационном захвате», типичной реакции тяжелых элементов на бомбардировку нейтронами: ядро захватывает нейтрон, испускает фотон гамма-излучения, чтобы вернуться к энергетическому равновесию, и становится в результате изотопом с массой, увеличенной на одну единицу.

Теория того времени рассматривала ядро как единую большую частицу. У этой частицы есть определенный диаметр, причем такой небольшой, что высокоскоростной нейтрон может войти в ядро с одной стороны и выйти с другой приблизительно за 10–21, то есть одну миллиардную одной триллионной доли, секунды. Любые процессы захвата должны произойти в течение этого короткого времени. В противном случае нейтрон улетает. Захват нейтрона означает его остановку внутри ядра. Для этого ядро должно поглотить энергию движения нейтрона. В свою очередь, ядро должно избавиться от излишка энергии. Что оно и делает: испуская фотон гамма-излучения.

Однако время испускания гамма-излучения, измеренное группой Ферми, отличалось от предсказанного теорией. У ядер, которые исследовала римская группа, испускание гамма-лучей занимало по меньшей мере 10–16 секунды – в сто тысяч раз больше, чем ожидалось. И причина этого была неясна.

Неоспоримое доказательство существования радиационного захвата позволило бы более точно сформулировать проблемы теории. Для его получения нужно было доказать так, чтобы в этом не оставалось никаких сомнений, что при захвате нейтрона тяжелым ядром действительно образуется более тяжелый изотоп. Кавендишские исследователи, к которым летом 1934 года приехали Сегре и Амальди, получили первую часть такого доказательства в эксперименте на натрии, проведенном в присутствии итальянцев. Затем те вернулись в Рим и, заручившись помощью Д’Агостино, стали работать над подтверждающим химическим процессом. Жарким римским августом их поиски других несомненных примеров радиационного захвата принесли им двойную победу. «Мы также нашли второй случай “доказанного” радиационного захвата, – пишет Амальди, – основанный на открытии нового радиоизотопа [алюминия], период существования которого составляет почти 3 минуты»[956].

На обратном пути из Южной Америки Ферми собирался заехать в Лондон на международную конференцию по физике. Его молодые коллеги написали ему о своем открытии, касающемся алюминия. Он сделал на конференции доклад о работе с нейтронами. Сцилард также был на этой конференции, с удовольствием выслушивая похвалы своим летним экспериментам и успешно работая над получением оплачиваемого места в Оксфорде. Ферми сказал, что его группа пока что исследовала шестьдесят элементов и возбудила радиоактивность в сорока из них. Говоря о проблеме радиационного захвата[957], он упомянул результаты Кавендишской лаборатории «и результаты, полученные Амальди и Сегре на алюминии», подчеркнув, что и те и другие «следует считать чрезвычайно важными»[958]. Сегре описал последовавшее за этим бурное развитие событий:

Вскоре после этого я простудился и несколько дней не мог ходить в лабораторию. Амальди попытался повторить наши опыты и обнаружил для облученного алюминия другой период [полураспада], а это означало, что наша так называемая реакция (n, γ) [т. е. с нейтроном на входе и фотоном гамма-излучения на выходе] не происходит. Об этом спешно сообщили Ферми, который был разозлен и смущен тем, что сообщил о результате, который казался теперь ошибочным. Он резко разбранил нас, даже не пытаясь скрыть свое неудовольствие. Вся эта история беспокоила нас