Провинившимся молодым членам группы предстояла большая работа. Пока они трудились над уточнением первых приблизительных результатов, к ним присоединился еще один новобранец, Бруно Понтекорво, высокий, широкоплечий, привлекательный чемпион по теннису из Пизы. Бомбардировка нейтронами вызывала в одних элементах более сильную радиоактивность, чем в других. До этого они использовали лишь самую общую классификацию этой активности, подразделяя ее на сильную, среднюю и слабую. Теперь же было предложено разработать численную шкалу активности. Для этого нужно было выбрать некую стандартную интенсивность, с которой можно было бы сравнивать интенсивность радиоактивного излучения всех остальных элементов. В качестве такой точки отсчета выбрали активность, наводимую нейтронной бомбардировкой в серебре, с удобным периодом полураспада в 2,3 минуты.

Эта задача была поручена Амальди и Понтекорво. К своему удивлению, они обнаружили, что в разных точках лаборатории в их серебряных цилиндрах возбуждается разная активность. «В частности, – пишет Амальди, – рядом со спектроскопом в темной комнате были деревянные столы, обладавшие волшебными свойствами, так как серебро, облученное на этих столах, приобретало значительно бо́льшую активность, чем при облучении на мраморном столе, стоявшем в том же помещении»[960].

С этой загадкой стоило разобраться. 18 октября они начали систематическое исследование, серию измерений, которые проводились внутри и вне свинцового кожуха. К 22 октября они были готовы измерить, что происходит, когда источник нейтронов отделен от мишени только свинцовым клином. Однако этим утром экспериментаторы должны были принимать экзамен у студентов, и Ферми решил продолжить работу самостоятельно. Вот как он описывал впоследствии этот исторический момент для коллеги, интересовавшегося процессом открытия в физике:

Расскажу вам, как я пришел к открытию, которое, пожалуй, важнее всего, что я сделал. Мы очень много работали, изучая радиоактивность, наводимую нейтронами, но получали бессмысленные результаты. Однажды, когда я пришел в лабораторию, мне пришло в голову, что надо бы посмотреть, что произойдет, если на пути нейтронов поставить свинец. И, изменив своему обыкновению, я приложил все усилия к тому, чтобы этот кусок свинца был очень хорошо обработан. Мне явно что-то не давало покоя: я под любым предлогом старался оттянуть момент установки свинца на предназначенное ему место. Когда же, наконец, я с некоторой неохотой собрался поставить его, то сказал себе: «Нет! Не хочу я ставить этот свинец, мне нужен кусок парафина». Это было именно так – никаких предчувствий, никаких сознательных предварительных рассуждений. Я сразу же взял кусок парафина, случайно подвернувшийся мне под руку, и поставил его на то место, где должен был стоять свинец[961][962].

Поразительным результатом замены тяжелого элемента – свинца – парафином было резкое увеличение интенсивности активности. «Около полудня, – вспоминает Сегре, – все были созваны в комнату, чтобы засвидетельствовать чудодейственное влияние парафинового фильтра. Сначала я подумал, что испортился счетчик – таких огромных активностей мы никогда раньше не получали, но было немедленно показано, что это возрастание вызвано именно фильтрацией излучения, вызывающего радиоактивность, парафином»[963][964]. По словам Лауры Ферми, «весь физический корпус загремел возгласами: “Фантастика! Невероятно! Черная магия!”»[965]

Даже самое важное открытие не могло помешать Ферми пойти домой обедать. Обедал он в одиночку: жена и дочь должны были вернуться из загородной поездки только на следующее утро. Размышляя в одиночестве, он, возможно, обдумывал разницу между деревянными и мраморными столами, а также между парафином и свинцом. Вернувшись на работу после обеда, он предложил разгадку: нейтроны сталкиваются с атомами водорода, содержащимися в парафине и древесине. Это их замедляет. До сих пор все предполагали, что быстрые нейтроны обеспечивают более высокую эффективность бомбардировки, потому что именно так всегда обстояло дело с протонами и альфа-частицами. Но эта аналогия не учитывала главного отличия нейтрона от этих частиц – его нейтральности. Заряженной частице требуется энергия для преодоления электрического барьера ядра. Нейтрону ее не требуется. Замедление нейтрона позволяет ему оставаться вблизи ядра в течение более долгого времени, а это увеличивает период, в течение которого он может быть захвачен.

Теорию Ферми было легко проверить на каких-нибудь материалах, отличных от парафина, но тоже содержащих водород (другие легкие ядра также замедляют нейтроны, но водород делает это лучше всех остальных: его ядро представляет собой протон, имеющий приблизительно те же размеры и массу, что и нейтрон, что обеспечивает наиболее жесткие столкновения с поглощением наибольшего количества энергии). Взяв свой серебряный цилиндр и нейтронный источник в длинной стеклянной трубке, они спустились на первый этаж и вышли через заднюю дверь к пруду в саду Корбино, в котором Разетти пытался разводить саламандр и все они запускали однажды летом вошедшие в Риме в моду игрушечные кораблики, приводимые в движение горящей свечкой. В пруду, в тени темных, искривленных листьев и серых кожистых плодов миндального дерева, резвились золотые рыбки.

Водород, содержащийся в воде (и в рыбках), работал не хуже парафина[966]. Вернувшись в лабораторию, они быстро попробовали облучать все, что попадалось им под руку, – кремний, цинк, фосфор, на которые медленные нейтроны, по-видимому, не действовали; медь, йод, алюминий, в которых радиоактивность возникала. Чтобы убедиться в том, что парафин воздействует на нейтроны, но не на гамма-лучи, они проверили облучение радоном без бериллия. Заменив парафин кислородсодержащим соединением, они обнаружили значительно меньшее увеличение наведенной радиоактивности.

Все разошлись на ужин, но потом собрались в доме Амальди, у жены которого была пишущая машинка, чтобы составить первый отчет. «Я писал под диктовку Ферми, стоявшего рядом со мной, – вспоминает Сегре, – Разетти, Амальди и Понтекорво возбужденно ходили по комнате и говорили все сразу»[967][968]. Вот как воссоздает эту сцену Лаура Ферми: «Все они так громко выкрикивали свои предложения, так ожесточенно спорили о том, что сказать и как сказать, с таким шумом носились взад и вперед по комнате и оставили дом Амальди в таком состоянии, что служанка Амальди робко спросила, не перепились ли все гости»[969].

На следующее утро Джинестра Амальди отнесла перепечатанную статью под названием «Влияние водородсодержащих веществ на радиоактивность, наведенную нейтронами. I»[970] директору журнала Ricerca Scientifica. Среди ее исторических абзацев было и сдержанное разъяснение путаницы вокруг алюминия: «Заслуживает упоминания опыт с алюминием. В воде он приобретает активность (с периодом немного менее трех минут)… При нормальных условиях эта активность столь слаба, что почти незаметна по сравнению с другими активностями, возникающими в этом же элементе»[971][972].

Амальди и Сегре не ошибались насчет алюминия.