14. Пришествие квантовой механики
Все началось с совместной работы молодого немецкого физика Фридриха Хоутерманса и его коллеги из Англии Роберта Аткинсона. Весной 1929 г. они приступили к анализу внутрисолнечного синтеза гелия на основе теории альфа-распада, которую незадолго до этого предложили Георгий Гамов и, независимо, Рональд Гёрни и Эдвард Кондон. Эта теория объясняет, как альфа-частицы покидают радиоактивные ядра, чему, казалось бы, однозначно препятствует закон сохранения энергии. Дело в квантовом туннельном эффекте, который делает возможными процессы, «запрещенные» классической физикой. Аткинсон с Хоутермансом показали, что этот эффект позволяет некоторым протонам сливаться в тетрады при температурах, на три порядка меньших, нежели считалось ранее. Правда, для этого нужны посредники — легкие ядра, временно захватывающие протоны и удерживающие их вплоть до образования альфа-частицы. Информацией о таких ядрах партнеры не располагали, но полагали, что со временем эта проблема как-то разрешится.
Вскоре возникло еще одно препятствие. В 1932 г. Джеймс Чедвик открыл новую элементарную частицу — нейтрон. Физики немедленно пришли к выводу, что альфа-частица состоит не из четырех протонов, а из двух протонов и двух нейтронов. Поскольку тогда считалось, что в центре Солнца свободных нейтронов нет (они отсутствуют там и в свете современных представлений), спасти модель Хоутерманса и Аткинсона могло лишь предположение, что плененные протоны каким-то образом превращаются в нейтроны.
Доказательств пришлось ожидать шесть лет. Первым их нашел немецкий физик-ядерщик Карл Фридрих фон Вайцзеккер, выходец из старой аристократической семьи, давшей Германии нескольких крупных политических деятелей (его отец Эрнст был статс-секретарем Министерства иностранных дел рейха, а младший брат Рихард в 1984–1994 гг. занимал пост президента ФРГ). В начале 1938 г. Вайцзеккер пришел к выводу, что протоны превращаются в нейтроны в ходе бета-распада, испуская позитрон и нейтрино. К слову, сейчас известно, что в первые часы существования Вселенной свободные нейтроны исчезли опять-таки благодаря процессу бета-распада, но протекавшему в противоположном направлении. Вайцзеккер предположил также, что синтез ядер гелия с помощью бета-распада может происходить двумя путями. Один из них называют протон-протонным циклом, другой — углеродным, или полностью — углеродно-азотно-кислородным (CNO-цикл).
