上回说到玻尔来访,给爱因斯坦带来一个重要消息。要知这条消息是什么,还得从这条消息的来源说起。
自从卢瑟福第一个用α粒子做“炮弹”轰击原子得到质子以来,许多科学家都感到这是一条通往原子核内的大道,于是纷纷向原子核开炮,希望能看到过去没有发现的东西。1932年,英国物理学家詹姆斯·查德威克用α粒子轰击铍,得到一种不带电的粒子——中子。有趣的是,卢瑟福用α粒子轰击氮,氮原子变成了氧原子,查德威克轰击铍时,铍原子变成碳原子……要是这样一直轰击下去,还能发现多少秘密呢?元素之间一定还有我们未知的重要规律。
居里夫人指导女儿伊伦娜做实验
费米
不久,伊伦娜用α粒子轰击原子核获得人造同位素的消息传到了罗马。好个聪明的费米,他想我不能总跟在人家后面,你用α粒子,我就用中子。α粒子带正电荷,原子核也带正电荷,它们间的斥力必然要抵消一部分冲击力,而中性的中子正可避免这个缺点。于是他又找到了一种轰击原子核的新炮弹。
大凡科学家们每找到一种新武器就如同孩子得到一个新玩具一样,玩得不肯放手。费米这一群人虽已是物理学家,但论年龄都还是些小伙子呢,他们现在玩起这新鲜的“中子炮”来哪肯罢休。中子从哪里来呢?最好是用镭放射的α粒子轰击铍制得。但当时一克镭要三万四千美元。他们这个新组建的小组绝对买不起。费米就用氡来代替镭,不过氡的半衰期只有四天,需要经常更换。他们就用这门简陋的“大炮”对着所有能找到的元素狂轰一气,看看有什么变化。这个劲头就像当年戴维刚发明了电解法,本生刚发明了光谱分析法一样,每种原子身上都要过一刀。果然这新法就是厉害,他得到了许多自然界中不存在的同位素。例如,从普通的钠得到放射性钠,从普通的碘得到放射性碘,从氯得到放射性磷,从硅得到放射性铝等。
但是,当他们把这门“大炮”对准铀时却得到一种想不到的结果。好像经轰击后,铀中产生的放射性元素不止一种,但每一种的数量又极其微小。这群年轻人都是物理学家,他们在化学知识方面不足,无法鉴别新元素。他们猜想,一定制成了一种过去不曾发现过的新元素。铀的原子序数是九十二号,这种新元素就叫它“九十三号元素”吧。到底这是不是一种新元素,我们暂且按下不表。
拉赛蒂立即取来一块铅板,并且又在银板前放了一个“盖革计数器”。这是一种专门测量物质放射性的仪器。物质放出的粒子进入计数器就会有响声,进得越多响得越快。一切准备好了,费米将中子源对准银板,只听计数器咔咔地响起来,比刚才速度快了许多。费米说:“铅是一种重物质,让我们来试一试轻物质会怎样,请取一块石蜡板来。”
拉赛蒂几个人立即取来一块大石蜡板,七手八脚在上面挖了一个空穴,把中子源放进去,又开始照射。这时将盖革计数器移近银板,计数器突然发疯似的响个不停。他们几个人都惊得目瞪口呆,整个物理大楼里的人都来看这个怪现象,大家喊道:“真不可想象,活见鬼了!”只这么稍稍放一块石蜡,银的人工放射性就增加了一百倍。中午吃饭时,这伙年轻人大声争论着,提出各种假设,各人的嘴都动个不停,但是只听见说话不见吃东西,这顿饭足足吃了三个小时,桌上的东西还是剩下不少,但合理的解释却还是没有想出一个。这是1934年10月22日中午的事。
这天晚上,费米夫人带着孩子到乡下度假还未归来,费米一人在屋里安安静静地思考着白天的事。他在地上踱着步子,想这石蜡究竟有一种什么魔力呢?石蜡含有大量的氢,氢核是质子。想到这里费米突然停下脚步,用手一拍脑门自语说:“问题可能正出在这里。”
