Результаты измерения массы W-бозона означают пересмотр Стандартной модели - физики
Самое трудное измерение в физике высоких энергий
Новый экспериментальный результат потряс мир физики частиц. Оказалось, что W-бозон намного тяжелее, чем мы думали.
Такой вывод бросает вызов, казалось бы, наиболее успешной и проверенной на сегодняшний день теории о строении Вселенной - Стандартной модели.
И хотя одного этого эксперимента недостаточно для ниспровержения теории, однако он указывает на теорию, которая может это сделать, - пишет Мартин Бауэр.
Как измеряли массу W-бозона
Недавно масса W-бозона была измерена детектором коллайдера в Фермилабе с беспрецедентной точностью и удивительным результатом.
результаты опыта невероятно расходятся со всеми предыдущими измерениями массы W-бозона, но на этот раз нет никакой случайности.
Для того, чтобы дать представление о точности последнего измерения и о том, насколько маловероятно, что этот результат является ошибкой, подумайте вот о чем: если вы взвешиваете себя несколько раз на разных весах, вы ожидаете увидеть некоторое расхождение.
Но такое расхождение, как между последним и предыдущими измерениями массы W-бозона, статистически возникает только после 1 миллиарда опытов.
Точное измерение свойств W-бозона очень важно.
Масса W-бозона влияет на многие расчеты - от ядерного синтеза внутри звезд до углеродного датирования, то есть на многие расчеты, которые лежат в основе нашего понимания Вселенной.
Например, его масса связана со временем жизни других частиц, а это важно для понимания того, как развивалась Вселенная после Большого взрыва.
Но, возможно, самым значимым последствием измерения массы W-бозона - то, что оно противоречит Стандартной модели.
Что такое W-бозоны, и почему их трудно измерить?
W-бозон - это фундаментальная частица, опосредующая слабое взаимодействие, которое мы никогда не ощущаем непосредственно, поскольку оно действует только на субатомных расстояниях.
Все другие известные фундаментальные силы порождают связанные системы: например, солнечные системы, связанные вместе гравитацией; атомы, связанные электромагнитизмом; атомные ядра, «сжатые» сильным взаимодействием.
Слабое ядерное взаимодействие не приводит к возникновению аналогичных связанных систем, но имеет решающее значение для природных явлений, влияющих на нашу повседневную жизнь.
Процесс термоядерного синтеза на Солнце инициируется превращением водорода в тяжелый водород под действием слабой силы.
Без W-бозона Солнце было бы очень тусклым.
Все известные нам атомы состоят из протонов, нейтронов и электронов, однако вокруг существует множество различных частиц. Почему они никогда не образуют атомы или более сложные структуры? Потому что они быстро распадаются под действием слабой силы.
Ее уникальность заключается в том, что W-бозон может изменять заряды других частиц, с которыми он взаимодействует. Он в состоянии превратить электрон (заряд -1) в нейтрино (заряд 0) или нейтрон (заряд 0) в протон (заряд +1).
Такие методы, как радиоуглеродное датирование, напрямую зависят от этого свойства. Медленный распад нейтронов в протоны в изотопах углерода позволяет нам определять время археологические артефактов, что было бы невозможно без W-бозона.
Измерить массу W-бозона напрямую чрезвычайно сложно.
Настолько, что экспериментаторы окрестили проведенный опыт "самым трудным измерением в физике высоких энергий".
По нескольким причинам:
- W-бозоны очень тяжелы для элементарных частиц. Один W-бозон весит в 80 раз больше протона.
- Ускорители - единственное место в мире, где можно задействовать огромную энергию для их производства. Но W-бозоны мгновенно распадаются, и определение их массы требует измерения продуктов распада с посследующием восстановлением самих измерений.
Что еще хуже, коллайдеры, которые «создают» W-бозоны, неизбежно производят также сотни и сотни других частиц. Выяснить, был ли измерен W-бозон, и определить его массу - все равно, что найти соединяющиеся кусочки головоломки в огромной коробке, а затем правильно их сложить при условии отсутствия большинства компонентов.
Физика высоких энергий: результаты CDF
Коллаборация Collider Detector at Fermilab (CDF) проделала огромную работу с набором данных из четырех миллионов W-бозонов, собранных с 2002 по 2011 год на Теватроне в Фермилабе.
Взвешивание W-бозона заняло более десяти лет. Но результаты впечатляют. CDF не только обеспечили самое точное измерение массы W, которое когда-либо было достигнуто, но и продемонстрировало, что полученные выводы не согласуется со всеми предыдущими измерениями.
Стандартная модель пошатнулась. Невозможно переоценить, насколько это поразительно: точность CDF-измерения составляет одну десятитысячную!
Высокая точность и результаты эксперимента привлекли внимание физиков всего мира.
В отличие от многих аномалий, которые ранее ставили под сомнение истинность Стандартной модели, статистически почти невозможно, чтобы результат CDF оказался случайностью. Но если это не случайность, то что же это такое? Обнаружили ли экспериментаторы CDF первый признак новой физики в своих данных?
Новый вызов Стандартной модели
После объявления результатов измерений возникает двойная проблема: в настоящее время проводится всесторонний анализ всех инструментов и методов, применяемых для извлечения массы W. Экспериментаторы будут снова и снова выяснять, существует ли какая-либо неучтенная неопределенность, какое-либо иное объяснение почти невозможного расхождения.
Тем временем физики-теоретики задаются вопросом о происхождении W-бозонов. Дело в том, что структура масс этих частиц была предсказана Стандартной моделью. И эта структура очень жесткая. Невозможно просто изменить массу W-бозона без изменения других наблюдаемых параметров - распада тяжелых кварков и лептонов, измерения массы Z-бозона и других. Что, кстати, снова и снова подтверждает базовые положения Стандартной модели.
Должно появиться нечто еще, что изменит эту структуру, что-то, что до сих пор было пропущено другими экспериментами, что-то новое и неожиданное, проявляющееся в столкновениях на коллайдерах всех типов.
Теоретики будут тщательно проверять расчеты Стандартной модели. Ясно, что если измерение CDF устоит, то одной Стандартной модели будет уже недостаточно для объяснения всех наших экспериментальных данных.
И хотя одно измерение редко приводит к созданию новой теории физики, оно может выявить структуры, которые заменят предсказания Стандартной модели.
Самое сложное измерение в истории физики
Ряд первых исследований показывает, что наличие еще одного бозона Хиггса или новых тяжелых частиц, взаимодействующих с W-бозоном, как это предсказывается в некоторых теориях темной материи, может быть причиной расхождения.
Если эти новые частицы действительно смещают массу W, они также могут быть получены в другом месте.
На основе теоретических исследований данные Большого адронного коллайдера (БАК) в Церне будут «прочесываться» в поиске признаков новых частиц. Будущие результаты позволят сузить круг возможных объяснений или получить дополнительные подсказки о природе, лежащей в основе физики.
БАК сталкивает протоны с энергией, в 7 раз превышающей энергию Теватрона Он только что начал свой третий запуск и, по прогнозам, соберет больше данных, чем первые два запуска вместе взятые.
Даже если поиски окажутся безутешными, в конечном итоге его данные позволят провести более точное измерение массы W и подтвердить или опровергнуть результаты измерений CDF.
Сложность "самого трудного измерения в физике высоких энергий" делает эту загадку очень громоздкой для решения. Она будет с нами еще некоторое время.
Но физики, уже давно отказались от веры в то, что мы всегда можем предсказать, где будет найдена новая физика (? - Альтернативная Наука). Слишком часто мы были застигнуты врасплох неожиданными открытиями.
Если мы и можем сейчас сказать что-то с уверенностью, так это то, что постоянное финансирование фундаментальных исследований просто необходимо.
Десять лет ушло на получение данных и еще десять лет на анализ, и если бы мы сократили финансирование в любой момент, "самое сложное измерение в физике высоких энергий" никогда бы не было завершено, и то, что мы узнаем из впечатляющих измерений CDF, осталось бы погребенным в данных
ß
Как испытывали знаменитую водородную бомбу Сахарова
Старинный мужской монастырь у слияния двух маленьких речушек, Сатиса и Саровки, стал известен благодаря Серафиму, канонизированному в 1903 году за то, что после молебна монарших особ во время паломничества в эту пустынь у царской четы родился наследник. Судьба монастыря, впрочем, сложилась незавидно: в 1917 году он был разграблен. А через три десятилетия здесь закипела работа над совсем другими «детками»: в 1946 году прямо в зданиях монастыря разместилось КБ-11, кузница советского атомного проекта.
Кое-что свое
Сейчас, в интернетовские времена, все знают про Клауса Фукса и других «атомных шпионов», и кажется само собой разумеющимся, что первая атомная бомба СССР — РДС-1 — была скопирована с «Толстяка», бомбы, сброшенной на Нагасаки. Но это не совсем так. Действительно, размер плутониевого ядра, форма и конструкция полоний-бериллиевого источника нейтронов и идея имплозии — направленного внутрь взрыва — были в точности заимствованы из американского проекта. Это многое, но не всё. Дело в том, что в американской бомбе были использованы два типа взрывчатки, Composition B и Baratol, их точный состав не был известен Клаусу Фуксу, да и не производились они в СССР. А размеры и форма взрывчатых линз, сформировавших сферическую сходящуюся ударную волну, зависят от этих типов, и при изменении состава буквально на единицы процентов геометрию этих линз нужно корректировать.
В РДС-1 вместо Composition B, содержавшего 59,5% гексогена, 39,5% тротила и 1% воска или церезина, использовался отечественный сплав ТГ-50 (поровну гексоген и тротил). А вместо баратола — инертный материал, вообще не взрывающийся, лишь передающий ударную волну с минимальными потерями. Так что форму переходной поверхности нашим бомбостроителям пришлось уточнять самим, используя те же методы — скоростную рентгеновскую съемку — и изобретая свои, не менее остроумные. Своими собственными были и вспомогательные системы бомбы, такие как радиовысотомер, барометрический высотомер, автоматика подрыва, так что объем конструкторских работ был очень велик и при известном принципе работы.
Добавить легкости
Но по мере продвижения работы над первым «изделием», РДС-1, по каналам разведки стали поступать сведения, что американцы ведут работу над еще более мощной бомбой. Намного более мощной, чем атомная. Наши атомщики сумели задать вопрос нобелевскому лауреату Нильсу Бору о сути устройства этой бомбы, но великий физик, известный своими симпатиями к СССР, был не в курсе подробностей, и его ответ не мог успокоить наших ядерщиков. Поэтому были созданы две группы, задачей которых было определить возможность взрыва в бомбе не за счет деления тяжелых ядер, а за счет синтеза легких: из дейтерия и трития должен получаться гелий и нейтрон. В группу, которой руководил Игорь Евгеньевич Тамм, был включен молодой кандидат наук Андрей Дмитриевич Сахаров.
В «слойке Сахарова» всего 15-20% энерговыделения приходится на термоядерные реакции, а остальное даёт реакция деления – как урана-235 или плутония-239 исходной бомбы, так и урана-238 наружных слоёв. Но это скорее достоинство, чем недостаток, ведь уран-238 дёшев. Слияние одного ядра дейтерия и одного трития даёт 18 МэВ энергии, а деление одного ядра урана-238 – 200 МэВ. В первой реакции выделяется один нейтрон, уносящий 14 МэВ из 18, а во второй он расходуется, но выделяется три менее энергичных нейтрона, годных лишь для получения трития из лития-6. В результате получается усиление более чем в 10 раз! А это значит, что почти все термоядерные нейтроны используются «по назначению», и улетает небольшая часть.
С самого начала Сахаров не хотел заниматься абсолютно секретной военной темой — он отказывался от перехода в группу, хотя ему обещали помочь с жильем и другими материальными благами, которых отчаянно не хватало в послевоенной Москве. В своих мемуарах он пишет, что дважды отказывался от предложений военных и Курчатова, но на третий раз, в 1948 году, его согласия уже не спрашивали. Главной особенностью таланта Сахарова, о которой упоминали все работавшие с ним, было то, что он мог видеть работоспособность или правильность какой-либо физической идеи без точных расчетов, интуитивно, поэтому неудивительно, что всего через несколько месяцев после того, как он увидел схему устройства будущей РДС-1, ему пришла идея добавить в урановый контейнер, окружающий плутониевое ядро, слой легких элементов. Это случилось еще осенью 1948 года, до первого испытания. Правда, первоначально предполагалось использовать тяжелую воду — как вещество, содержащее дейтерий в максимально объемной концентрации.
Предложение использовать дейтерид лития вместо дейтериевой воды исходило от В.Л. Гинзбурга, который из-за «погрешностей в анкетных данных» (его жена была осуждена по политической статье и после заключения отбывала ссылку в Горьком) в группу не входил и к большей части атомных секретов допущен не был. У гидрида лития было несколько решающих преимуществ по сравнению с тяжелой водой. Во-первых, это твердое вещество, что несколько упрощает конструкцию и сильно облегчает эксплуатацию ядерного взрывного устройства. Во-вторых, из лития при бомбардировке нейтронами получается тритий, который вступает в термоядерную реакцию с дейтерием с выделением большей энергии, чем в чистом дейтерии. В-третьих, литий участвует в замедлении нейтронов (кислород в воде для этого слишком «тяжел»). Поэтому идея была принята с большим энтузиазмом.
Угадать с первой попытки
Конструкция, позднее получившая название «слойка Сахарова», кажется очевидной, но ведь правильную толщину слоев рассчитать было непросто. Она определяется тем, что дейтерид лития — хороший замедлитель нейтронов, а уран-238 их отражает. Для получения трития больше подходят медленные нейтроны. В итоге вышло, что слоев легких элементов должно быть два, а урана-238 — три. Не все факторы поддавались расчету, пришлось поверить интуиции теоретиков, что перемешивание слоев не будет катастрофическим. А ведь сначала сборку должна была обжать сходящаяся взрывная волна от имплозии обычной взрывчатки, а потом световое давление от рентгена «раздвинет» ее обратно, да еще с такой скоростью, что внешние слои не успеют за внутренними! За счет этого и происходит сжатие термоядерного материала и его адиабатический нагрев.
Но после этого, несмотря на продолжающийся с фантастической для химической взрывчатки скоростью разлет бывшей критической сборки, внутри «слойки» еще происходит дополнительное изотермическое сжатие легких элементов за счет ионизации урана-238, поглощающего рентгеновское излучение взорвавшейся атомной «зажигалки». Это неожиданное на первый взгляд явление назвали «сахаризацией». И при продолжающемся разлете еще недавно красивой конструкции из вложенных шариков начнется и столь же быстро кончится пачка термоядерных реакций — из лития-6 нейтроны будут добывать тритий, он будет реагировать с дейтерием, давая новые термоядерные нейтроны, часть из которых пойдет на добычу нового трития, а часть будет делить уран-238, из осколков которого будут вылетать еще нейтроны, и цепь замкнется.
Но эта реакция не самоподдерживающаяся, потому что она может происходить только в неравновесном состоянии. Пик выделения энергии занимает доли микросекунды, потом разлет атомов сделает свое дело, расстояния между ними увеличатся настолько, что нейтроны перестанут попадать в свои «цели», и реакция быстро затухнет. Поэтому у «слойки» есть оптимальный размер, и советские физики и оружейники его фактически угадали — с первой попытки. Позднее британцы испытали «слойку» на 720 кт, но КПД у нее был заметно меньше.
Первая «слойка» не была дешевой и удобной. В ней одновременно были использованы все способы увеличения энерговыделения. И внутренний слой дейтерида лития содержал большое количество (порядка сотни граммов) тритида лития, так сказать, для гарантии; поскольку не требовалось получать этот тритий во время взрыва, сильно уменьшалась неопределенность и упрощались расчеты. А численные расчеты тогда приходилось вести вручную, на арифмометрах. Использование трития позволило вдвое уменьшить армию девушек за арифмометрами. Но тритий очень дорог, его получение требует большого расхода урана-235, период полураспада — около 12 лет, и очень «летуч», как и обычный водород.
В двадцать раз сильнее
РДС-6с, несмотря на номер, была лишь четвертым ядерным испытанием в СССР, конструкции с номерами 4 и 5 были испытаны позже. Баллистический корпус этой бомбы выглядит куда более совершенным, чем использованный в РДС-1. Хотя бомба была готова для сброса с самолета, было решено подрывать ее на башне, в центре того же поля, что и РДС-1. Научный руководитель Российского федерального ядерного центра (РФЯЦ) ВНИИЭФ Радий Иванович Илькаев объясняет выбор так: «При сбросе с самолета можно надежно измерить только мощность взрыва, но при всех ранних испытаниях делались еще так называемые физические опыты, для правильной интерпретации результатов которых было важно, чтобы не было отраженной от земли ударной волны — то есть чтобы центр выделения энергии был на той же высоте, что и регистрирующая аппаратура».
К новому испытанию полигон пришлось «чистить» — снять бульдозерами и увезти радиоактивный грунт. Были восстановлены здания, сооружения и наблюдательные пункты. И вот — взрыв! Из-за двадцатикратного увеличения энерговыхода его внешний вид радикально отличался от испытанных раньше атомных зарядов. Без всяких физических опытов было видно, что сооружения, уцелевшие при предыдущих взрывах, разрушены в пыль. Стотонный макет железнодорожного моста отбросило на 200 м. Яркость вспышки ослепляла даже через черные очки.
В официальном сообщении ТАСС говорилось, что «12 августа был испытан один из видов водородной бомбы». Ревнители терминологии говорят, что правильнее считать ее атомной бомбой с термоядерным усилением. Но главная задача была решена успешно: в габаритах и массе РДС-1 создан заряд, имеющий в 20 раз больший энерговыход.
Рассчитанная мощность нового «изделия» составляла 300+/-100 кт, а в реальности бомба выдала, как говорят ядерщики, «по верхней границе» — все 400 кт. Такая точность — +/-30% — была предметом гордости советских теоретиков, у американцев с вычислением и попаданием в предсказанный диапазон было гораздо хуже. Так, например, у «Майка», первого в мире термоядерного взрыва, расчетный эквивалент составлял 1,5−30 Мт, с наиболее вероятной оценкой в 5 Мт, а измеренный — около 10,4 Мт. Скромные на этом фоне отечественные 400 кт были более актуальным достижением, потому что бомба помещалась в самолет Ту-16 и годилась для боевого применения «хоть завтра». Тем не менее поставить на поток производство таких бомб было невозможно, и на вооружение была принята версия этого заряда, не содержавшая трития, — РДС-27 мощностью 250 кт.
Тогда, в начале 1950-х, «слойка» была запасным вариантом, потому что под вопросом оказалась работоспособность основной схемы термоядерного заряда, РДС-6т, которая в американских материалах называлась «классический Супер». Над ней работал Клаус Фукс, о чем он и сообщил нашим разведчикам, но предупредить, что это тупик, уже не успел — Сахарову пришлось дойти до этого самому. Был и еще один запасной вариант — «просто большая» атомная бомба РДС-7. Она позволяла получить тротиловый эквивалент примерно такой же, как у РДС-6с, без всех новых технологий, но... слегка не помещалась в Ту-16. Точно так же страховались и американцы, взорвав бомбу подобного типа через две недели после первого настоящего термоядерного взрыва «Майк».
Сравнять счет
Заслуга «слойки» не только в том, что она позволила, хоть и с оговорками, «сравнять счет» с американскими ядерщиками. Разработка РДС-6с привела к запуску обогатительного производства для лития. Природный литий состоит из двух изотопов, с массами 6 и 7, и для термоядерной бомбы лучше подходит легкий изотоп. Американцы, как говорит директор РФЯЦ ВНИИЭФ Валентин Ефимович Костюков, «испугались» расчетных сложностей (при использовании лития возможно много разных термоядерных реакций, по терминологии ядерщиков — «каналов», с одними и теми же исходными атомами) и не стали заниматься литием на ранних этапах термоядерной гонки. Поэтому их первые «сухие», без жидкого дейтерия, термоядерные взрывные устройства содержали либо природный литий, включавший всего 7,5% нужного изотопа, либо частично обогащенный (до 40%). В советских бомбах и боеголовках с самого начала использовался только легкий изотоп, что делало их легче и компактнее. Для «слойки» же началось освоение и тритиевых технологий — во всех современных малогабаритных боеголовках приходится использовать тритиевое усиление, но разработчики РДС-6с были пионерами в освоении этого капризного и коварного ядерного материала.
Да, как только появились двухфазные взрывные устройства, «слойка» устарела — но роль свою сыграть успела. Уже 60 лет отделяют нас от того испытания, уже закрыт Семипалатинский полигон, уже больше двадцати лет вообще не гремят ядерные взрывы ни на российском полигоне, ни на американском, и это, безусловно, заслуги того давнего успеха наших ядерщиков, сделавших ядерную вoйну из неизбежной — невозможной.
У истоков атомной бомбы: кто на самом деле был «отцом» оружия Судного дня?
Первыми за дело взялись немцы. В декабре 1938 года их физики Отто Ган и Фриц Штрассман впервые в мире осуществили искусственное расщепление ядра атома урана. В апреле 1939 года в адрес военного руководства Германии поступило письмо профессоров Гамбургского университета П. Хартека и В. Грота, в котором указывалось на принципиальную возможность создания нового вида высокоэффективного взрывчатого вещества. Ученые писали: «Та страна, которая первой сумеет практически овладеть достижениями ядерной физики, приобретет абсолютное превосходство над другими». И вот уже в имперском министерстве науки и образования проводится совещание на тему «О самостоятельно распространяющейся (то есть цепной) ядерной реакции». Среди участников профессор Э. Шуман, руководитель исследовательского отдела Управления вооружений Третьего рейха. Не откладывая, перешли от слов к делу. Уже в июне 1939 года началось сооружение первой в Германии реакторной установки на полигоне Куммерсдорф под Берлином. Был принят закон о запрете вывоза урана за пределы Германии, а в Бельгийском Конго срочно закупили большое количество урановой руды.
Германия начинает и... проигрывает
26 сентября 1939 года, когда в Европе уже полыхала вoйна, было принято решение засекретить все работы, имеющие отношение к урановой проблеме и осуществлению программы, получившей название «Урановый проект». Задействованные в проекте ученые поначалу были настроены весьма оптимистично: они считали возможным создание ядерного оружия в течение года. Ошибались, как показала жизнь.
К участию в проекте были привлечены 22 организации, в том числе такие известные научные центры, как Физический институт Общества Кайзера Вильгельма, Институт физической химии Гамбургского университета, Физический институт Высшей технической школы в Берлине, Физико-химический институт Лейпцигского университета и многие другие. Проект курировал лично имперский министр вооружений Альберт Шпеер. На концерн «ИГ Фарбениндустри» было возложено производство шестифтористого урана, из которого возможно извлечение изотопа урана-235, способного к поддержанию цепной реакции. Этой же компании поручалось и сооружение установки по разделению изотопов. В работах непосредственно участвовали такие маститые ученые, как Гейзенберг, Вайцзеккер, фон Арденне, Риль, Позе, нобелевский лауреат Густав Герц и другие.
В течение двух лет группа Гейзенберга провела исследования, необходимые для создания атомного реактора с использованием урана и тяжелой воды. Было подтверждено, что взрывчатым веществом может служить лишь один из изотопов, а именно — уран-235, содержащийся в очень небольшой концентрации в обычной урановой руде. Первая проблема заключалась в том, как его оттуда вычленить. Отправной точкой программы создания бомбы был атомный реактор, для которого — в качестве замедлителя реакции — требовался графит либо тяжелая вода. Немецкие физики выбрали воду, создав себе тем самым серьезную проблему. После оккупации Норвегии в руки нацистов перешел в то время единственный в мире завод по производству тяжелой воды. Но там запас необходимого физикам продукта к началу вoйны составлял лишь десятки килограммов, да и они не достались немцам — французы увели ценную продукцию буквально из-под носа нацистов. А в феврале 1943 года заброшенные в Норвегию английские коммандос с помощью бойцов местного сопротивления вывели завод из строя. Реализация ядерной программы Германии оказалась под угрозой. На этом злоключения немцев не кончились: в Лейпциге взорвался опытный ядерный реактор. Урановый проект поддерживался Гитлером лишь до тех пор, пока оставалась надежда получить сверхмощное оружие до конца развязанной им вoйны. Гейзенберга пригласил Шпеер и спросил прямо: «Когда можно ожидать создания бомбы, способной быть подвешенной к бомбардировщику?» Ученый был честен: «Полагаю, потребуется несколько лет напряженной работы, в любом случае на итоги текущей вoйны бомба повлиять не сможет». Германское руководство рационально посчитало, что форсировать события не имеет смысла. Пусть ученые спокойно работают — к следующей вoйне, глядишь, успеют. В итоге Гитлер решил сосредоточить научные, производственные и финансовые ресурсы только на проектах, дающих скорейшую отдачу в создании новых видов оружия. Государственное финансирование работ по урановому проекту было свернуто. Тем не менее работы ученых продолжались.
В 1944 году Гейзенберг получил литые урановые пластины для большой реакторной установки, под которую в Берлине уже сооружался специальный бункер. Последний эксперимент по достижению цепной реакции был намечен на январь 1945 года, но 31 января все оборудование спешно демонтировали и отправили из Берлина в деревню Хайгерлох неподалеку от швейцарской границы, где оно было развернуто только в конце февраля. Реактор содержал 664 кубика урана общим весом 1525 кг, окруженных графитовым замедлителем-отражателем нейтронов весом 10 т. В марте 1945 года в активную зону дополнительно влили 1,5 т тяжелой воды. 23 марта в Берлин доложили, что реактор заработал. Но радость была преждевременна — реактор не достиг критической точки, цепная реакция не пошла. После перерасчетов оказалось, что количество урана необходимо увеличить по крайней мере на 750 кг, пропорционально увеличив массу тяжелой воды. Но запасов ни того ни другого уже не оставалось. Конец Третьего рейха неумолимо приближался. 23 апреля в Хайгерлох вошли американские войска. Реактор был демонтирован и вывезен в США.
Тем временем за океаном
Параллельно с немцами (лишь с небольшим отставанием) разработками атомного оружия занялись в Англии и в США. Начало им положило письмо, направленное в сентябре 1939 года Альбертом Эйнштейном президенту США Франклину Рузвельту. Инициаторами письма и авторами большей части текста были физики-эмигранты из Венгрии Лео Силард, Юджин Вигнер и Эдвард Теллер. Письмо обращало внимание президента на то, что нацистская Германия ведет активные исследования, в результате которых может вскоре обзавестись атомной бомбой.
В СССР первые сведения о работах, проводимых как союзниками, так и противником, были доложены Сталину разведкой еще в 1943 году. Сразу же было принято решение о развертывании подобных работ в Союзе. Так начался советский атомный проект. Задания получили не только ученые, но и разведчики, для которых добыча ядерных секретов стала сверхзадачей.
Ценнейшие сведения о работе над атомной бомбой в США, добытые разведкой, очень помогли продвижению советского ядерного проекта. Участвовавшие в нем ученые сумели избежать тупиковых путей поиска, тем самым существенно ускорив достижение конечной цели.
Опыт недавних врагов и союзников
Естественно, советское руководство не могло оставаться безразличным и к немецким атомным разработкам. По окончании вoйны в Германию была направлена группа советских физиков, среди которых были будущие академики Арцимович, Кикоин, Харитон, Щелкин. Все были закамуфлированы в форму полковников Красной армии. Операцией руководил первый заместитель наркома внутренних дел Иван Серов, что открывало любые двери. Кроме нужных немецких ученых «полковники» разыскали тонны металлического урана, что, по признанию Курчатова, сократило работу над советской бомбой не менее чем на год. Немало урана из Германии вывезли и американцы, прихватив и специалистов, работавших над проектом. А в СССР, помимо физиков и химиков, отправляли механиков, электротехников, стеклодувов. Некоторых находили в лагерях военнопленных. Например, Макса Штейнбека, будущего советского академика и вице-президента АН ГДР, забрали, когда он по прихоти начальника лагеря изготовлял солнечные часы. Всего по атомному проекту в СССР работали не менее 1000 немецких специалистов. Из Берлина была целиком вывезена лаборатория фон Арденне с урановой центрифугой, оборудование Кайзеровского института физики, документация, реактивы. В рамках атомного проекта были созданы лаборатории «А», «Б», «В» и «Г», научными руководителями которых стали прибывшие из Германии ученые.
Лабораторией «А» руководил барон Манфред фон Арденне, талантливый физик, разработавший метод газодиффузионной очистки и разделения изотопов урана в центрифуге. Поначалу его лаборатория располагалась на Октябрьском поле в Москве. К каждому немецкому специалисту было приставлено по пять-шесть советских инженеров. Позже лаборатория переехала в Сухуми, а на Октябрьском поле со временем вырос знаменитый Курчатовский институт. В Сухуми на базе лаборатории фон Арденне сложился Сухумский физико-технический институт. В 1947 году Арденне удостоился Сталинской премии за создание центрифуги для очистки изотопов урана в промышленных масштабах. Через шесть лет Арденне стал дважды Сталинским лауреатом. Жил он с женой в комфортабельном особняке, жена музицировала на привезенном из Германии рояле. Не были обижены и другие немецкие специалисты: они приехали со своими семьями, привезли с собой мебель, книги, картины, были обеспечены хорошими зарплатами и питанием. Были ли они пленными? Академик А.П. Александров, сам активный участник атомного проекта, заметил: «Конечно, немецкие специалисты были пленными, но пленными были и мы сами».
Николаус Риль, уроженец Санкт-Петербурга, в 1920-е годы переехавший в Германию, стал руководителем лаборатории «Б», которая проводила исследования в области радиационной химии и биологии на Урале (ныне город Снежинск). Здесь с Рилем работал его старый знакомый еще по Германии, выдающийся русский биолог-генетик Тимофеев-Ресовский («Зубр» по роману Д. Гранина).
Получив признание в СССР как исследователь и талантливый организатор, умеющий находить эффективные решения сложнейших проблем, доктор Риль стал одной из ключевых фигур советского атомного проекта. После успешного испытания советской бомбы он стал Героем Социалистического Труда и лауреатом Сталинской премии.
Работы лаборатории «В», организованной в Обнинске, возглавил профессор Рудольф Позе, один из пионеров в области ядерных исследований. Под его руководством были созданы реакторы на быстрых нейтронах, первая в Союзе АЭС, началось проектирование реакторов для подводных лодок. Объект в Обнинске стал основой для организации Физико-энергетического института имени А.И. Лейпунского. Позе работал до 1957 года в Сухуми, затем — в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне.
Руководителем лаборатории «Г», размещенной в сухумском санатории «Агудзеры», стал Густав Герц, племянник знаменитого физика XIX века, сам известный ученый. Он получил признание за серию экспериментов, ставших подтверждением теории атома Нильса Бора и квантовой механики. Результаты его весьма успешной деятельности в Сухуми в дальнейшем были использованы на промышленной установке, построенной в Новоуральске, где в 1949 году была выработана начинка для первой советской атомной бомбы РДС-1. За свои достижения в рамках атомного проекта Густав Герц в 1951 году удостоился Сталинской премии.
Немецкие специалисты, получившие разрешение вернуться на родину (естественно, в ГДР), давали подписку о неразглашении в течение 25 лет сведений о своем участии в советском атомном проекте. В Германии они продолжали работать по специальности. Так, Манфред фон Арденне, дважды удостоенный Национальной премии ГДР, занимал должность директора Физического института в Дрездене, созданного под эгидой Научного совета по мирному применению атомной энергии, которым руководил Густав Герц. Национальную премию получил и Герц — как автор трехтомного труда-учебника по ядерной физике. Там же, в Дрездене, в Техническом университете, работал и Рудольф Позе.
Участие немецких ученых в атомном проекте, как и успехи разведчиков, нисколько не умаляют заслуг советских ученых, своим самоотверженным трудом обеспечивших создание отечественного атомного оружия. Однако надо признать, что без вклада тех и других создание атомной промышленности и атомного оружия в СССР растянулось бы на долгие годы.
Свежие комментарии