Физика

Нобелевские лауреаты: Эмилио Джино Сегре

От технеция до антипротона

Эмилио Сегре и технеций

Wikimedia Commons/Indicator.Ru

Как заполнить две клетки таблицы Менделеева, создать ядерное оружие и открыть для него радиоактивный изотоп, а затем открыть античастицу, расскажет очередной выпуск рубрики «Как получить Нобелевку».

Эмилио Джино Сегре

Родился 1 февраля 1905 года, Тиволи, Италия.

Умер 22 апреля 1989 года, Лафайетт, Калифорния, США.

Нобелевская премия по физике 1959 года (1/2 премии, совместно с Оуэном Чемберленом). Формулировка Нобелевского комитета: «За открытие антипротона (for their discovery of the antiproton)».

Наш герой родился в месте, где жил сам Меценат (тот, который древнеримский и с большой буквы) – древнеримском Тибуре, ныне – итальянском Тиволи. Эмилио Сегре был одним из трех детей промышленника Джузеппе Сегре и Амелии Тревес.

Замок XV века в Тиволи

Wikimedia Commons

Начиная свое обучение в Тиволи, достаточно быстро мальчик переехал учиться в римский лицей Мамиани. Однако окончив среднюю школу и уже серьезно интересуясь физикой, он вынужден был отучиться пять лет на инженерном факультете Римского университета. Правда, там преподавал некто Энрико Ферми, с которым юноша подружился (напомним, Ферми был всего на четыре года старше). Именно Ферми стал не только другом Сегре, но и научным руководителем его докторской диссертации.

Вообще, нужно сказать, что Сегре повезло – и повезло неимоверно. Мало кому удается в самом начале научного пути работать с тремя настоящими и будущими лауреатами Нобелевской премии. Рокфеллеровская стипендия позволила Сегре поработать с лауреатом 1902 года Питером Зееманом и будущим лауреатом 1943 года Отто Штерном. Так, занимаясь сначала расщеплением линий спектра в магнитном поле (эффект Зеемана), а затем молекулярными пучками и спином атомов, молодой физик постепенно постигал тайны атомного мира – и готовился к собственным открытиям.

Чтобы рассказать о первом серьезном открытии Сегре, нужно вернуться на 150 лет назад, задолго до его рождения. Ровно полтора века назад наш соотечественник Дмитрий Иванович Менделеев (так и не успевший получить Нобелевскую премию) представил миру свою периодическую таблицу элементов и Периодический закон. И не просто представил, а предсказал, что в таблице есть пустые места. И детально описал, какими будут свойства еще не открытых элементов, подобных алюминию, бору, кремнию и марганцу. Сам Дмитрий Иванович назвал их экаалюминий, экабор, экасилиций и экамарганец.

Триумф Менделеева состоялся сравнительно скоро, когда Лекок де Буабодран открыл экаалюминий – галлий. Скандий (экабор) и германий (экасилиций) тоже были открыты вскорости, предсказания русского химика блестяще сбылись и ученые отправились на охоту за экамарганцем. Сколько же раз химики возвещали об открытии элемента за номером 43! Матасака Огава в 1909 году объявил, что открыл ниппоний (только без малого сто лет спустя оказалось, что это был рений). В 1925 году Ида Ноддак и Отто Берг возвестили, что им удалось заполнить пустую клетку мазурием… В 1920-х годах советский химик Сергей Щукарев эмпирически понял, почему ничего не выходило у коллег, а в 1934 году немецкий физик Йозеф Маттаух пояснил это теоретически.

Сергей Щукарев

Wikimedia Commons

Правило Маттауха – Щукарева гласит: «В природе не могут существовать два стабильных изобара, заряды ядра которых отличаются на единицу». То есть если у химического элемента есть стабильный изотоп, то его ближайшие соседи по таблице не могут иметь устойчивые изотопы с тем же массовым числом. У технеция просто не могло быть стабильных изотопов – все «разобрали» рутений и молибден.

…В 1936 году декан химического факультета Университета Палермо совершил дружеский визит в США, где ему удалось поработать на циклотроне Эрнеста Орландо Лоуренса.

Именно там Сегре вместе с Лоуренсом бомбардировал молибденовую пластинку (элемент 42) ядрами дейтерия (протон плюс нейтрон). Визит закончился, но в следующем году в Палермо пришла та самая пластинка. Тщательный анализ, который вместе с Сегре провел минералог Карло Перрье, показал – 43 элемент получился. В статье в журнале Nature, которая вышла в марте 1937 года, Сегре предложил назвать новый элемент технецием, от греческого слова со значением «искусственный». Первый элемент таблицы Менделеева, который создало человечество своими руками. Правда, позже выяснилось, что в природе технеций все же существует – но не на Земле, а синтезируется в некоторых звездах, которые называются технециевыми.

Через год Сегре снова приехал в Беркли – и снова успешно заполнил пустующую клетку в таблице Менделеева: синтезировав вместе с Дейлом Корсоном и Кеннетом Маккензи радиоактивный галоген астат с номером 85. В переводе с греческого это слово означает «неустойчивый». Правда, перед этим его постигла неудача с синтезом 93 элемента – нептуний синтезируют в 1940 году будущий нобелевский лауреат Эдвин Мак-Миллан и Филипп Эйбельсон.

В том же 1938 году Сегре принимает важное решение: поскольку в его родной Италии расцвел фашизм, а летом 1938 года правительство Муссолини приняло законы о гражданских правах, которые ничего хорошего критику режима и еврею Сегре не сулили, он остался в США.

В 1941 году Сегре уже с другим великим открывателем элементов (а точнее, с их творцом) Гленном Сиборгом открыл новый изотоп открытого годом ранее плутония. Это открытие радикально изменило судьбу Сегре – он занялся разделением радиоактивных изотопов и вошел в число участников Манхэттенского проекта. Напомним, что эксперимент «Тринити», первое в истории испытание ядерного оружия, состоявшееся 16 июля 1945 года, использовал именно заряд из плутония-239. Из него же был сделан и «Толстяк», сброшенный на Нагасаки.

Плутоний-239

Wikimedia Commons

Когда война закончилась, Сегре смог вернуться к своей давней мечте. И здесь тоже не обойдется без предыстории. В 1931 году Поль Дирак предсказал существование античастицы электрона – позитрона, – во всем похожей на электрон, но противоположной по знаку. Уже через год Карл Андерсон открыл позитрон в космических лучах. По аналогии было бы логичным ожидать существование и античастицы протона. Но в то время ускорителей такой мощности, которая давала бы энергию для рождения антипротона, попросту не было. Все изменилось в 1954 году, когда в Беркли, уже ставшем для Сегре родным, заработал Беватрон – ускоритель с энергией до 6 гигаэлектронвольт. Именно на нем Сегре и Оуэн Чемберлен начали поиски антипротона, которые увенчались успехом уже в 1955 году – и Нобелевской премией еще через четыре года.

Беватрон

Wikimedia Commons

Нобелевская премия 1959 года стала своеобразным ответом Нобелевского комитета лауреату 1955 года, Уиллису Юджину Лэмбу, который в своей лекции потроллил шведских академиков: «Когда в 1901 году впервые была присуждена Нобелевская премия, физики немного знали лишь о двух физических объектах — электронах и протонах, которые называются теперь элементарными частицами. Множество других «элементарных» частиц открыто после 1930 года: нейтроны, нейтрино, мезоны, пи-мезоны, тяжелые мезоны и различные гипероны. Я слышал, как говорили, что открывшему новую элементарную частицу обычно присуждают Нобелевскую премию, хотя за такое открытие следует наказывать штрафом в 10 000 долларов».

Комитет, как мы видим, продолжил свою линию и наградил Сегре и Чемберлена именно за открытие антипротона (хотя уж как минимум Сегре был достоин премии и за технеций с астатом).

Эрик Хюльтен, член Шведской королевской академии наук, в представлении нобелиатов по физике, сказал, что в их работе «ныне нет ничего, что было бы известно лучше и яснее, чем процесс образования пар и аннигиляции».

После Нобелевки Сегре прожил еще тридцать лет, занимаясь не только физикой. Он составил биографию своего учителя, Энрико Ферми, редактировал и публиковал его работы, написал несколько превосходных научно-популярных книг. А еще один дар Сегре – талант фотографа – оставил нам множество превосходных иллюстраций к истории современной ему физики. После его смерти фотоархив Сегре составил золотой фонд архива Американского института физики (теперь весь фотоархив этого научного центра носит имя Сегре).

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.