Введение

Итальянский ядерный физик (1913–1993)

Бруно Понтекорво (ponteˈkɔrvo; Бру́но Макси́мович Понтеко́рво, Bruno Maksimovich Pontecorvo; 22 августа 1913 – 24 сентября 1993) — итальянский и советский ядерный физик, один из первых ассистентов Энрико Ферми и автор многочисленных работ в области физики высоких энергий, особенно по нейтрино. Будучи убежденным коммунистом, в 1950 году он перешел на сторону Советского Союза, где продолжил исследования распада мюона и нейтрино. В его память в 1995 году была учреждена престижная премия Понтекорво. Четвертый из восьми детей в состоятельной итальянской еврейской семье, Понтекорво изучал физику в Римском университете Сапиенца под руководством Ферми, став самым молодым из его учеников с Виа Панисперна. В 1934 году он участвовал в знаменитом эксперименте Ферми, продемонстрировавшем свойства медленных нейтронов, что проложило путь к открытию ядерного деления. В 1936 году он переехал в Париж, где проводил исследования под руководством Ирен и Фредерика Жолио-Кюри. Под влиянием своего двоюродного брата Эмилио Серени он вступил в Итальянскую коммунистическую партию, лидеры которой находились в Париже в качестве беженцев, как и его сестры Джулиана и Лаура, и брат Гилло. Расовые законы 1938 года, принятые итальянским фашистским режимом против евреев, вынудили членов его семьи покинуть Италию и переехать в Великобританию, Францию и Соединенные Штаты. Когда немецкая армия окружила Париж во время Второй мировой войны, Понтекорво, его брат Гилло, двоюродный брат Эмилио Серени и Сальвадор Лурия бежали из города на велосипедах. В конечном итоге он оказался в Тулсе, штат Оклахома, где применил свои знания в области ядерной физики для поиска нефти и минеральных ресурсов. В 1943 году он присоединился к британской команде Tube Alloys в Монреальской лаборатории в Канаде, которая стала частью Манхэттенского проекта по разработке первых атомных бомб. В лабораториях Chalk River он работал над проектом ядерного реактора ZEEP — первого реактора за пределами Соединенных Штатов, который достиг критического состояния в 1945 году, за которым последовал реактор NRX в 1947 году. Он также изучал космические лучи, распад мюонов и то, что впоследствии стало его специализацией — нейтрино. В 1949 году он переехал в Великобританию, где работал в Институте атомных исследований в Харвелле. После перехода в Советский Союз в 1950 году он работал в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне. Он предложил использовать хлор для детектирования нейтрино. В статье 1959 года он утверждал, что электронное и мюонное нейтрино — различные частицы. Солнечные нейтрино были обнаружены в эксперименте Homestake, но было найдено лишь от одной трети до половины предсказанного количества. В ответ на эту проблему солнечных нейтрино он предложил явление, известное как осцилляции нейтрино, при котором электронные нейтрино превращаются в мюонные нейтрино. Существование осцилляций было окончательно подтверждено экспериментом Super Kamiokande в 1998 году. Он также предсказал в 1958 году, что сверхновые будут производить интенсивные всплески нейтрино, что было подтверждено в 1987 году, когда сверхновая SN1987A была зарегистрирована детекторами нейтрино.

Ранние годы и образование

Понтекорво родился 22 августа 1913 года в Марине-ди-Пиза, четвёртым из восьми детей Массимо Понтекорво и его жены Марии. Его старший брат Гидо, родившийся в 1907 году, стал генетиком. Другой старший брат, Паоло, родившийся в 1909 году, стал инженером и во время Второй мировой войны работал над разработкой радаров. Его старшая сестра Джулиана родилась в 1911 году. Его младший брат Гилло родился в 1919 году и наиболее известен как режиссёр фильма «Битва за Алжир». У него также были две младшие сестры: Лаура, родившаяся в 1921 году, и Анна, родившаяся в 1924 году, и младший брат Джованни, родившийся в 1926 году. Его семья была состоятельной; Массимо владел тремя текстильными фабриками, на которых работало более 1000 человек. Семья была еврейского происхождения, но нерелигиозной, по отцовской линии – из Рима, по материнской – из Мантуи. Его дед по материнской линии, Ариго Марони (1852–1924), родившийся в Мантуе, был директором больницы Fatebenefratelli в Милане; двоюродная сестра его матери была известным зоологом Элизой Гурриери Норса (1868–1939). Он поступил в Пизанский университет с намерением изучать инженерное дело, но через два года, в 1931 году, решил перейти на физику. По совету брата Гидо он поступил в Римский университет La Sapienza, где Энрико Ферми собрал группу перспективных молодых учёных, известных как «мальчики с Виа Панисперна» – по названию улицы, где тогда располагался Институт физики Римского университета. В 18 лет его зачислили на третий курс физики. Ферми описал Понтекорво как «один из самых блестящих людей, с которыми я встречался за свою научную карьеру». Будучи самым молодым членом группы, его прозвали Куччиоло, что означает «щенок». В 1934 году Понтекорво участвовал в знаменитом эксперименте Ферми, демонстрирующем свойства медленных нейтронов, что проложило путь к открытию ядерного деления. Имя Понтекорво было указано в патенте «мальчиков с Виа Панисперна» «Для увеличения производства искусственной радиоактивности посредством нейтронной бомбардировки». 1 ноября 1934 года он стал временным ассистентом Королевского института физики и Римского университета, а 7 ноября был указан в качестве соавтора, вместе с Ферми и Расетти, основополагающей статьи о медленных нейтронах, в которой сообщалось, что водород замедляет нейтроны сильнее, чем тяжёлые элементы, и что медленные нейтроны легче поглощаются. В октябре 1935 года был выдан итальянский патент на этот процесс на имя Ферми, Понтекорво, Эдоардо Амальди, Франко Расетти и Эмилио Сегре. 2 июля 1940 года был выдан патент США.

Начало карьеры

В феврале 1936 года Понтекорво покинул Италию и переехал в Париж, чтобы работать в лаборатории Ирен и Фредерика Жолио-Кюри в Коллеже Франции, получив годичную стипендию для изучения эффектов столкновений нейтронов с протонами и электромагнитных переходов между изомерами. В этот период, под влиянием своего кузена Эмилио Серени, он принял идеалы коммунизма, которым остался верен до конца жизни. Он завязал отношения с Хелен Мариан Нордблом, шведкой, работавшей в Париже няней. Будь то из-за его отношений с Марианной, его интересных исследований в области изомеров или ухудшающейся политической ситуации в Италии, он отказался от возможности в 1937 году подать заявку на должность с постоянным местом в Римском университете, предпочтя остаться в Париже. Марианна переехала к Понтекорво в Отель «Грандс-Хомм» на площади Пантеона 4 января 1938 года. Их сын, Гил, родился 30 июля. У нее истекла виза, и в сентябре ей пришлось вернуться в Швецию. Понтекорво сопровождал ее, оставив Гила в пансионе для детей в Париже. Вернувшись в Париж в одиночку, он пообедал с Манне Зигбаном и встретился с Нильсом Бором и Лизой Майтнер 12 октября 1938 года. Теперь Понтекорво не мог вернуться в Италию из-за расовых законов, принятых фашистским режимом против евреев. Это привело к распаду группы ученых с Виа Панисперна, а Ферми переехал в Соединенные Штаты. Семья Понтекорво также рассеялась: Гидо переехал в Великобританию в 1938 году, за ним последовали Джованни, Лаура и Анна в 1939 году, а Гилло присоединился к Понтекорво в Париже. Работая в сотрудничестве с французским физиком Андре Лазардом в лаборатории Жолио-Кюри в Иври-сюр-Сен, Понтекорво обнаружил явление, которое Фредерик Жолио-Кюри назвал «ядерной фосфоресценцией» – излучение рентгеновских лучей при возбуждении нейтронов и протонов и их возвращении в основное состояние. Он также обнаружил, что некоторые изомеры не превращаются в другие элементы при радиоактивном распаде, что расширило возможности их применения в медицине. За эти новаторские исследования Понтекорво получил стипендию Кюри-Карнеги и финансирование своей работы от Французского национального центра научных исследований.

Бегство из Франции

В июне 1939 года Понтекорво подал заявление на получение визы для посещения Швеции, но в его заявлении было отказано. 23 августа поступила новость о пакте Молотова — Риббентропа. На следующий день он вступил во Французскую коммунистическую партию, подтверждая свою личную веру в Советский Союз. Марианна присоединилась к нему в Париже 6 сентября 1939 года, через три дня после объявления войны Германии Великобританией и Францией в ответ на вторжение Германии в Польшу, которое положило начало Второй мировой войне в Европе. Они поженились 9 января 1940 года. Когда в мае 1940 года немцы приблизились к городу, они решили уехать. Хотя британцы предложили убежище французским ученым-ядерщикам, включая Ханса фон Халбана и Лева Коварского, они посчитали Понтекорво «нежелательным». К счастью, Сегре получил предложение о работе в Тулсе, штат Оклахома, от двух европейских эмигрантов, искавших эксперта по физике нейтронов. Сегре отклонил предложение — у него уже была хорошая работа в Калифорнийском университете, — но рекомендовал Понтекорво. 2 июня 1940 года он отправил Марианну и Жиля с их вещами на поезде в Тулузу, где его сестра Джулиана жила со своим мужем, Дюччио Табе. 13 июня, за день до входа немцев в Париж, Понтекорво, его брат Гилло, кузен Эмилио Серени и Сальвадор Лурия отправились в Тулузу на велосипедах. Им потребовалось десять дней, чтобы добраться до Тулузы. Лурия отправился в Марсель, откуда в конечном итоге добрался до Соединенных Штатов. Понтекорво, Марианна, Жіль, Джулиана и Табета сели на поезд, который 19 июля 1940 года доставил их в Лиссабон через Мадрид. Обе женщины были беременны. Марианна потеряла ребенка и едва ли была пригодна для путешествия, но тем не менее 9 августа 1940 года она поднялась на борт лайнера Quanza, следовавшего в Соединенные Штаты с беженцами. Обе женщины страдали от морской болезни. 19 августа 1940 года корабль прибыл в Нью-Йорк, где они остановились у его брата Паоло. Там он навестил Ферми в его новом доме в Леонии, штат Нью-Джерси.

Поиски золота в Оклахоме

В Талсе Понтекорво устроился на работу к двум европейским эмигрантам, Якову "Джеку" Нойфельду и Сержа Александровичу Шербацкому, которые основали компанию Well Surveys на средства, предоставленные Standard Oil. Их идея заключалась в применении ядерной физики для поиска минеральных ресурсов. Устройство для гамма-излучения успешно анализировало горные породы на поверхности. Вдохновленные работами, проведенными в Италии и Франции, они рассуждали, что нейтроны, не имеющие электрического заряда, могут обнаруживать различные элементы под поверхностью, вызывая радиоактивность в породах. В лице Понтекорво они нашли нужного специалиста. Понтекорво создал источник нейтронов, используя радий и бериллий, как это делали ученые из Via Panisperna, с парафиновым воском в качестве замедлителя нейтронов, и измерял поглощение различных минералов методами, разработанными Ферми и Амальди. К июню 1941 года он создал устройство, способное различать сланцы, известняк и песчаник, и отображать переходы между ними. Этот метод можно считать первым практическим применением открытия медленных нейтронов, и он продолжал использоваться десятилетиями для геофизических исследований скважин. Он подал четыре патента, касающиеся его приборного оборудования. К концу 1941 года у Понтекорво возникли трудности с приобретением необходимых радиоизотопов. Он не подозревал, что проект «Манхэттен», военная программа по созданию атомных бомб, монополизировал рынок. В попытке их получить, он встретился с Ферми, фон Хальбаном и Джорджем Плачеком в Нью-Йорке в апреле 1942 года. Ему не удалось обеспечить себя необходимыми запасами, но Ферми проявил неожиданно большой интерес к работе Wells Surveys.

Сплавы труб

Встреча с Ферми не дала никаких поставок, но привела к тому, что Понтекорво получил предложение от фон Хальбана и Плацека присоединиться к команде Tube Alloys в Монреальской лаборатории в Канаде. Сэр Эдвард Эпплтон выразил обеспокоенность по поводу его назначения, не из-за политических убеждений Понтекорво, а из-за того, что он не был гражданином Великобритании, и уже работало большое количество иностранных ученых над проектом Tube Alloys. В конечном итоге Эпплтон был убежден благодаря репутации Понтекорво и тому факту, что хороших физиков было мало. Понтекорво был официально назначен в Tube Alloys 15 января 1943 года и прибыл в Монреаль с семьей 7 февраля 1943 года. Монреальская команда разработала ядерный реактор, используя тяжелую воду в качестве нейтронного замедлителя, но не хватало необходимого количества тяжелой воды. В августе 1943 года Черчилль и Рузвельт заключили Квебекское соглашение, в результате которого возобновилось сотрудничество между Соединенными Штатами и Великобританией, и проект Tube Alloys был объединен с Манхэттенским проектом. Джон Коккрофт стал директором Монреальской лаборатории в 1944 году. Из соображений безопасности он решил построить реактор в отдаленной лаборатории Чалк-Ривер. С прицелом на послевоенную ядерную программу, он попросил Понтекорво и Алана Нанна Мэя "опросить" ученых из Манхэттенского проекта, посетивших Канаду, фактически занимаясь шпионажем в интересах Великобритании. К сожалению, Нанн Мэй также была советским шпионом. Второй сын Понтекорво родился 20 марта 1944 года и был назван Тито в честь югославского коммунистического лидера. В июле 1945 года родился третий сын, Антонио. Благодаря тяжелой воде, поставляемой Соединенными Штатами, реактор в Чалк-Ривер, известный как ZEEP, достиг критического состояния 5 сентября 1945 года. Помимо проектирования реактора, Понтекорво также изучал космические лучи, распад мюонов и то, что стало его навязчивой идеей – нейтрино. Он написал 25 статей, связанных с проектированием реактора, хотя опубликованы были только две. Он также занимался геологоразведкой со своей старой фирмой, поиском залежей урана в районе Порт-Радиум на Северо-Западных территориях. После окончания войны в августе 1945 года физики были востребованы, и Понтекорво получил привлекательные и выгодные предложения от нескольких университетов в Соединенных Штатах. Вместо этого 21 февраля 1946 года он принял предложение Коккрофта присоединиться к Британскому исследовательскому учреждению атомной энергии (AERE). В настоящее время он оставался в Чалк-Ривер для ввода в эксплуатацию нового реактора NRX в 1947 году. Он был одним из четырех физиков, присутствовавших в контрольной комнате, когда NRX был запущен в ночь с 21 на 22 июля 1947 года. В то время он имел в пять раз больший нейтронный поток, чем любой другой реактор, и был самым мощным исследовательским реактором в мире. По словам Олега Гордиевского, офицера КГБ самого высокого ранга, когда-либо перебежавшего на Запад, и Павла Судоплатова, бывшего заместителя директора Службы внешней разведки Советского Союза, Понтекорво был советским шпионом. Однако Судоплатов ошибочно идентифицировал Понтекорво как шпиона с кодовым именем Млад, которым на самом деле был Тед Холл. Хотя Понтекорво всегда отрицал работу над ядерным оружием в Канаде, Великобритании или Советском Союзе, он никогда не подтверждал и не отрицал, что был шпионом. Фактические доказательства против него были слабыми. Фрэнк Клоуз отметил, что чертежи канадского реактора NRX попали в Советский Союз, а Лона Коэн получила образец урана с NRX после его запуска в 1947 году. Нанн Мэй не могла быть виновником, поэтому Понтекорво является главным подозреваемым. В СССР Понтекорво был встречен с почестями и получил привилегии, предназначенные только для советской номенклатуры. Он работал до своей смерти в нынешнем Объединенном институте ядерных исследований (JINR) в Дубне, полностью сосредоточившись на теоретических исследованиях высокоэнергетических частиц и продолжая свои исследования нейтрино и распада мюонов. В знак признания его исследований он был удостоен Сталинской премии в 1953 году, членства в Коммунистической партии Советского Союза в 1955 году и Академии наук Советского Союза в 1958 году, а также двух орденов Ленина. Он был удостоен Ленинской премии в 1964 году за его работу над слабым взаимодействием. В 1950 году он начал роман с Родамом Амиреджиби, женой поэта Михаила Светлова. В 1955 году он выступил на пресс-конференции, где объяснил миру мотивы своего выбора покинуть Запад и работать в Советском Союзе. В результате Великобритания лишила его британского гражданства 24 мая 1955 года. Понтекорво долгое время не разрешалось покидать Советский Союз; его первое путешествие за границу состоялось в 1978 году, когда он посетил Италию для празднования 70-летия Амальди. После этого он часто ездил в Италию и иногда посещал другие страны. Франция отказалась разрешить ему посетить страну в 1982 и 1984 годах, но уступила в 1989 году.