К концу десятилетия Физико-технический институт и лаборатория выросли в большое и сложное исследовательское учреждение, где постоянно трудилось более сотни физиков, причем за спиной у многих из них были учеба и работа на Западе. Некоторые сотрудники института получили международную известность. Так, Яков Ильич Френкель возглавил теоретический отдел, где в то время работали еще не известные тогда молодые теоретики: Дмитрий Дмитриевич Иваненко, Владимир Александрович Фок, Лев Давидович Ландау. В стенах института начал свои исследования Николай Николаевич Семёнов – будущий нобелевский лауреат по химии.
Интерес к ядерной физике резко усилился в Советском Союзе после 1932 года – "года чудес", в течение которого было сделано несколько важных открытий. Джеймс Чедвик в Кавендишской лаборатории открыл нейтрон, а Джон Кокрофт и Эрнест Уолтон расщепили ядро лития на две альфа-частицы. Определенное отношение к проведению последнего эксперимента имел Георгий Антонович Гамов, входивший в штат сотрудников Радиевого института. В 1928 году он развил на основе новой квантовой механики теорию альфа-распада. Из нее следовало, что частицы со сравнительно небольшой энергией могут за счет туннельного эффекта проникнуть сквозь "кулоновский" барьер отталкивания одноименно заряженных частиц, окружающий ядро, а потому имеет смысл построить установку, которая могла бы разогнать частицы до нескольких сотен тысяч электрон-вольт. Кокрофт и Уолтон приняли это предложение и построили аппарат, способный ускорять протоны до энергии в 500 тысяч электрон-вольт, которые они и использовали для расщепления ядра лития. В том же году Эрнест Лоренс в Беркли использовал изобретенный им циклотрон для ускорения протонов до энергии в миллион электрон-вольт. В Калифорнийском технологическом институте Карл Андерсон идентифицировал положительный электрон (позитрон). Гарольд Юри из Колумбийского университета открыл изотоп водорода-2 – дейтерий.
Советские ученые с большим энтузиазмом встретили известие об открытиях, сделанных в 1932 году. Они внимательно следили за тем, что делалось на Западе, и быстро откликались на эти достижения. Дмитрий Иваненко, теоретик из института Иоффе, выдвинул новую модель атомного ядра, включив в нее нейтроны. В Украинском Физико-техническом институте группа ученых повторила опыт Кокрофта и Уолтона. В том же году в Радиевом институте решили построить циклотрон, а Вернадский пытался заручиться поддержкой властей для кардинального расширения технической базы. В декабре 1932 года Иоффе создал группу ядерной физики и в следующем году получил от народного комиссара тяжелой промышленности Серго Орджоникидзе 100 тысяч рублей на новое оборудование, необходимое для ядерных исследований.
Требовалось скоординировать усилия советских физиков на очередном рубежном этапе, и Абрам Иоффе решил созвать Всесоюзную конференцию по атомному ядру. На эту конференцию, собравшуюся в сентябре 1933 года под Ленинградом, он пригласил несколько иностранных физиков. Среди докладчиков были Фредерик Жолио-Кюри, Поль Дирак, Франко Россетти (сотрудник Энрико Ферми) и Виктор Вайскопф (в то время ассистент Вольфганга Паули в Цюрихе). В кругу молодых исследователей, принимавших участие в ее работе, было и несколько человек, которые позднее сыграли ведущую роль в советском атомном проекте: Игорь Евгеньевич Тамм, Юлий Борисович Харитон, Лев Андреевич Арцимович и Александр Ильич Лейпунский.
Академик Иоффе не принуждал своих молодых коллег перейти к работе в области ядерной физики, но он поддержал их, когда они приняли такое решение. До 1932 года только одна практическая работа, выполненная в институте, могла быть отнесена к области ядерной физики: то было исследование космических лучей, которое проводил Дмитрий Владимирович Скобельцын. А к началу 1934 года в отделе ядерной физики института было уже четыре лаборатории, в которых работало тридцать сотрудников. Ядерная физика стала второй по важности после физики полупроводников областью исследований.
По мнению Юлия Харитона, который был студентом Иоффе и работал в Институте химической физики, руководимом Николаем Семёновым, поддержка начинаний в области ядерной физики была смелым поступком со стороны академика, "потому что в начале 30-х годов все считали, что ядерная физика – это предмет, совершенно не имеющий никакого отношения к практике и технике".
"Генерал" Курчатов
Итак, в 1930-е годы Физико-технический институт под руководством академика Абрама Иоффе стал ведущим советским центром атомных исследований. Первым заведующим отделом ядерной физики в нем стал уралец Игорь Васильевич Курчатов, получивший образование в Таврическом университете (Симферополь).
Для расширения своих знаний Курчатов уехал в Ленинград, где поступил в Политехнический институт. Чтобы обеспечить себе средства к существованию, он нашел работу в магнитно-метеорологической обсерватории в пригородном Павловске и по полученным там результатам опубликовал статью, посвященную радиоактивности снега. Потом опять последовали переезды, но весной 1925 года академик Иоффе, услышав о талантливом ученом, пригласил двадцатидвухлетнего Курчатова в свой институт.
Игорь Курчатов поначалу работал в руководимой Иоффе лаборатории физики диэлектриков. Несмотря на значительные успехи в этой области, в конце 1932 года Курчатов решил переключиться на ядерную физику. Уже в ту пору Курчатова прозвали "генералом", потому что он любил проявлять инициативу и отдавать команды. По воспоминаниям близких друзей, одним из его любимых слов было "озадачить". У него были энергичные манеры, и он любил спорить. Он мог выразительно выругаться, но, если доверять памяти тех, кто с ним работал, никого не оскорблял. При этом у него было хорошее чувство юмора.
В описаниях характера Игоря Курчатова всегда присутствует ощущение некоторой дистанции, как если бы за человеком с энергичными манерами стоял другой, которого не так-то легко разглядеть. Он мог оградить себя неким щитом, отделываясь шуточками или выбирая ироничный тон по отношению к себе или к другим. Все воспоминания о Курчатове доносят до нас, наряду со свидетельствами о его сердечности и открытости, также и впечатление о его серьезности и сдержанности. В воспоминаниях одного из коллег, работавших с Курчатовым в послевоенное время, он предстает как человек закрытый, многослойный, а потому идеально подходящий для проведения секретных работ.
Большую часть 1933 года Игорь Курчатов посвятил изучению литературы по ядерной физике и подготовке приборов для будущих исследований. Он организовал строительство небольшого циклотрона и сконструировал высоковольтный ускоритель протонов, который впоследствии использовал для изучения ядерных реакций с бором и литием. Весной 1934 года, после ознакомления с первыми заметками Энрико Ферми и его группы о ядерных реакциях, вызываемых нейтронной бомбардировкой, Курчатов сразу переменил направление своих работ. Он оставил опыты с протонным пучком и начал изучать искусственную радиоактивность, возникающую у некоторых изотопов после их бомбардировки. Между июлем 1934 года и февралем 1936 года Курчатов и его сотрудники опубликовали семнадцать статей, посвященных искусственной радиоактивности. Наиболее существенным и оригинальным его достижением в то время стала гипотеза, гласящая, что наличие нескольких периодов полураспада некоторых радиоизотопов могло быть объяснено ядерной "изомерией" (то есть существованием элементов с одной и той же массой и с одним и тем же атомным номером, но с различной энергией). Другим исследованным Курчатовым явлением было протон-нейтронное взаимодействие и селективное поглощение нейтронов ядрами различных элементов. Как мы помним, в середине 1930-х годов эти вопросы были главными в исследованиях по ядерной физике.
Тем не менее Игорь Курчатов не чувствовал удовлетворения, ведь он лучше остальных понимал, что идет путями, проложенными Ферми, и не прокладывает своих собственных. В 1935 году он полагал, что открыл явление резонансного поглощения нейтронов. Однако они разошлись со Львом Арцимовичем, с которым Курчатов в то время сотрудничал, в интерпретации полученных результатов. В итоге еще до того, как советские физики выполнили решающие опыты, Энрико Ферми и его "мальчуганы" опубликовали статью, в которой сообщили о существовании этого явления. Курчатов был очень разочарован тем, что приоритет был упущен.
Как и многие другие, Игорь Курчатов испытывал трудности, связанные с нехваткой источников нейтронов, необходимых для проведения исследований. Единственным местом в Ленинграде, где их можно было получить, оставался Радиевый институт. Поэтому Курчатов организовал совместную работу со Львом Владимировичем Мысовским, возглавлявшим в институте физический отдел. В отношениях между Радиевым институтом и остальными физиками-ядерщиками существовала некоторая натянутость: Вернадский относился к Иоффе без особого почтения, считал его честолюбивым и недобросовестным человеком. Хуже того, Игорь Тамм вызвал гнев Вернадского, когда предложил в 1936 году передать циклотрон Радиевого института в институт Иоффе. Физики, заявил Вернадский, медлят с осознанием важности явления радиоактивности; у них по-прежнему нет адекватного понимания этой области. Именно Радиевый институт, утверждал он, должен работать над проблемами ядерной физики, которая и развилась-то благодаря изучению явления радиоактивности. Циклотрон, который скоро начнет функционировать, необходим прежде всего для Радиевого институт. Установка осталась под контролем Вернадского, и запустить ее удалось лишь в феврале 1937 года, выйдя на энергию около 500 тысяч электрон-вольт, а затем и на энергию 3,2 миллиона электрон-вольт.
Однако циклотрон работал нестабильно. Игорь Курчатов был расстроен таким положением дел, потому что планировал использовать его для своих собственных исследований. Весной 1937 года он начал работать в циклотронной лаборатории Радиевого института, проводя в ней один день в неделю, и постепенно стал лидером в этой области. Циклотрон начали использовать для проведения масштабных экспериментов в 1939 году, но лишь к концу 1940 года установка стала функционировать нормально.
Физики-ядерщики института Иоффе продолжали настаивать на строительстве собственного циклотрона. В январе 1937 года академик Абрам Иоффе обратился к народному комиссару тяжелой промышленности Серго Орджоникидзе с просьбой о финансировании строительства большого циклотрона, а также о том, чтобы командировать двух физиков в Беркли для изучения работы аналогичных установок, созданных Эрнестом Лоуренсом (письмо было отправлено за месяц до самоубийства Орджоникидзе). Наркомат поддержал этот план, и в июне 1939 года, спустя примерно два с половиной года (!) после того, как Иоффе отправил свое письмо, было принято представительное постановление об ассигновании необходимых для строительства циклотрона средств. В Беркли, однако, никто не поехал.
Иоффе направлял многих молодых физиков за рубеж для выполнения исследований. В их числе он рекомендовал и Курчатова. Тот планировал командировку в США на зиму 1934–1935 годов, и в сентябре 1934 года Яков Френкель написал Лоренсу, обратившись к нему с просьбой организовать Курчатову приглашение. Тот ответил 1 октября, официально приглашая Игоря Курчатова в свою лабораторию "на некоторое время". Но Курчатов не поехал за границу, быть может потому, что ссылка его отца делала его "политически неблагонадежным" в глазах сотрудников Народного комиссариата внутренних дел (НКВД), которые вовсю начинали бороться с "врагами народа". Из-за этого же с середины 1930-х годов личные контакты советских физиков с их западными коллегами все больше сокращались. Так, на конференции по ядерной физике в 1933 году примерно половина докладов была прочитана иностранными учеными, а в 1937 году на такой же конференции они сделали только пять из двадцати восьми докладов. Наконец, в работе ядерной конференции, состоявшейся в 1938 году, иностранцы вообще не принимали участия.
Несмотря на очевидное и жесткое давление, советские физики всё же продолжали считать себя частью международного научного сообщества и внимательно следили за иностранными журналами.
Харьковская бомба
Ленинград был не единственным местом, где проводились исследования по ядерной физике. Другим важным центром перед войной стал Украинский физико-технический институт (УФТИ) в Харькове, созданный Иоффе в 1928 году при поддержке украинских властей. Академик предполагал организовать там первоклассную исследовательскую структуру, которая установила бы тесные связи с промышленностью Украины. Для этого он направил в Харьков несколько своих сотрудников из Ленинграда. Именно они образовали интеллектуальное ядро нового института. Игорь Курчатов в 1930-е годы проводил там по два-три месяца в году.
Иоффе старался, чтобы в Харьков переехал его давний друг, Пауль Эренфест, и писал ему, что институт нуждается в "широко образованном физике". Эренфест действительно приехал, проработал в институте несколько месяцев, но потом вернулся восвояси. Всё же в Харькове поселилось несколько иностранных физиков: австрийский коммунист Александр Вайсберг, который возглавил низкотемпературную экспериментальную станцию; англичанин Мартин Руэман, руководивший одной из низкотемпературных лабораторий, немцы Фридрих Хоутерманс и Фриц Ланге.
Директором УФТИ стал Иван Васильевич Обреимов – оптик, один из первых студентов Иоффе. Он был прекрасным физиком, но оказался слабым директором. В 1932 году его заменил на этом посту Александр Ильич Лейпунский, которого относили к числу самых способных молодых советских физиков. Научные интересы Лейпунского были связаны главным образом с ядерной физикой. В 1932 году он вместе с коллегами повторил эксперимент Кокрофта и Уолтона. В середине 1930-х Лейпунский более года провел в Кавендишской лаборатории. При этом он был членом коммунистической партии, что для того времени считалось "несерьезным поведением" среди физиков.
УФТИ был богатым и хорошо обеспеченным институтом, и к середине 1930-х годов по размеру бюджета и числу сотрудников перегнал ленинградский институт Иоффе. Достаточно взглянуть, какие "светила" в нем работали. Лев Васильевич Шубников, возглавивший исследования в области низких температур, с 1926 по 1930 год занимался исследованиями в Лейдене – одном из ведущих европейских центров. Другим известным сотрудником института был Лев Давидович Ландау – наверное, самый блестящий в своем поколении советский физик: он руководил теоретическим отделом УФТИ. Институт посещали многие иностранные физики, в том числе Нильс Бор, Джон Кокрофт и Поль Дирак. Виктор Вайскопф проработал в нем восемь месяцев в 1932 году. Институт выпускал советский физический журнал на немецком языке.
Однако во второй половине 1930-х годов над советской физикой и наукой в целом начали сгущаться тучи. Коммунистический режим выбрал направление на "закручивание гаек". Наступала эпоха ежовщины, когда любое вольнодумство воспринималось как признак враждебной деятельности. Многие из ведущих сотрудников УФТИ были арестованы во время Большого террора и обвинены в фантастических заговорах против государства.
Первыми под каток репрессий попали Александра и Эва Вайсберги. В апреле 1936 года арестовали Эву: ее обвинили в том, что она якобы наносила на разработанные ею образцы чашек свастику, занималась их контрабандой и хранила два пистолета, чтобы "на съезде партии убить Сталина". Видимо, абсурдность обвинений стала очевидна даже следователям, поэтому в середине 1937 года ее освободили, после чего она сразу выехала за границу. Александра Вайсберга стали таскать на допросы в Харьковское управление НКВД. 15 февраля 1937 он уволился из УФТИ и пытался покинуть Советский Союз, однако через две недели был арестован как "участник антисоветской контрреволюционной организации". В течение трех месяцев Вайсберг категорически отрицал какую-либо вину. Но после применения пыток признал себя виновным и дал 1 июня 1937 года показания против других сотрудников института. Они легли в основу двух дел о "контрреволюционных группах" в УФТИ, в одну из которых входили иностранные специалисты и их жены. Позднее Вайсберг отказался от показаний, выдавленных под пытками, но было уже поздно.
Он вспоминал, что в беседах со своими сокамерниками описывал ситуацию так:
Послушайте, наш институт – один из самых значительных в Европе. Возможно даже, что в Европе нет института, столь же хорошо оснащенного и имеющего так много различных лабораторий, как наш. Правительство не пожалело денег. Ведущие ученые частично получили образование за границей. Долгое время их посылали за государственный счет к знаменитейшим физикам мира для продолжения образования. В нашем институте 8 отделов, во главе их стояли 8 научных руководителей. Как все это выглядит теперь?
Лаборатория кристаллов… Руководитель Обреимов арестован.
1-я криогенная лаборатория… Руководитель Шубников арестован.
2-я криогенная лаборатория… Руководитель Руэман выдворен из страны.
Ядерная лаборатория… Руководитель Лейпунский арестован.
Рентгеновский отдел… Руководитель Горский арестован.
Отдел теоретической физики… Руководитель Ландау арестован.
Опытная станция глубокого охлаждения… Руководитель Вайсберг арестован.
Лаборатория ультракоротких волн… Руководитель Слуцкин пока работает.
За освобождение Александра Вайсберга и Фридриха Хоутерманса в 1938 году ходатайствовали четыре нобелевских лауреата: Альберт Эйнштейн в письме Сталину от 16 мая и Жан Перрен, Ирен и Фредерик Жолио-Кюри в письме Генеральному прокурору от 15 июня. Но только в конце декабря 1939 года Особое совещание при НКВД СССР приняло по делу следующее решение: "Вайсберга Александра Семёновича, как нежелательного иностранца, выдворить из пределов Союза ССР". 5 января 1940 года на мосту через Буг в Брест-Литовске он в числе других европейских коммунистов, антифашистских беженцев и прочих нежелательных иностранцев был передан офицерами НКВД офицерам гестапо. Всю войну Вайсберг содержался тюрьмах на территории Польши, оказался в Краковском гетто, а после войны уехал в Швецию.
Лев Ландау к моменту ареста, 28 апреля 1938 года, перебрался в Москву и возглавил теоретическую группу Института физических проблем Петра Капицы. Понятно, что Капица немедленно написал Сталину письмо с просьбой об освобождении. Он указывал, что Ландау – один из самых сильных физиков-теоретиков в стране, что его потеря будет очень ощутимой для мировой науки. "Конечно, ученость и талантливость, как бы велики они ни были, не дают права человеку нарушать законы своей страны, и, если Ландау виноват, он должен ответить, – продолжал Капица. – Но я очень прошу Вас, ввиду его исключительной талантливости, дать соответствующие указания, чтобы к его делу отнеслись очень внимательно". Далее Капица объяснял, каким образом Ландау мог нажить себе врагов: "Следует учесть характер Ландау, который, попросту говоря, скверный. Он задира и забияка, любит искать у других ошибки и когда находит их, в особенности у важных старцев, вроде наших академиков, то начинает непочтительно дразнить". Пётр Капица продолжал прилагать усилия, чтобы защитить коллегу, и в результате добился своего: Ландау был освобожден ровно через год после своего ареста. Для этого Капице пришлось написать короткое письмо на имя Лаврентия Павловича Берии, нового главы НКВД, в котором он поручился за лояльное поведение физика.