В конце концов положение во Франции стабилизировалось настолько, что дочери Кюри вернулись в Париж. Здесь Ирен наконец-то удалось завоевать уважение матери. Опираясь на свои научные знания, Мария оборудовала рядом с линией фронта рентгенографические станции, чтобы помогать хирургам обнаруживать осколки в телах солдат; она также организовала систему передвижных рентгеновских пунктов, которые в армии прозвали «маленькими Кюри». Ирен настояла на том, чтобы участвовать в этой работе в качестве добровольца, и проявила при этом такие способности, что в 19 лет уже заведовала одной из полевых установок в Бельгии. Она работала настолько близко к окопам, что постоянно слышала грохот пушек; несмотря на риск для собственного здоровья (оборудование было, мягко говоря, плохо экранировано), она обследовала тысячи солдат и даже сама ремонтировала выходившие из строя рентгеновские аппараты. Она сопровождала Марию в нескольких изнурительных поездках на фронт в фургонах с «маленькими Кюри». «Часто мы вообще не были уверены, что сможем двигаться дальше, не говоря уже о том, чтобы найти жилье и еду», вспоминала впоследствии Мария. Но испытания сблизили их, и к концу войны Мария убедилась, насколько независимым и твердым характером обладает ее дочь.
Невероятно, но в перерывах между поездками на фронт Ирен нашла время, чтобы получить диплом физика в Сорбонне. По окончании войны она начала работать в институте Марии в качестве аспиранта и ассистента-исследователя. (В то время более половины научных сотрудников института составляли женщины, потому что Мария ставила перед собой задачу поддерживать женщин в науке, а многие молодые люди погибли на фронте.) Ирен расцвела в этой атмосфере, и к началу 1920-х гг. уже обладала достаточным авторитетом, чтобы принять под свое начало ассистента и вместе с ним впервые в жизни бросить вызов собственной матери.
Фредерик Жолио не мог поверить такой удаче. После окончания войны он пополнил ряды неустроенных молодых ученых, тщетно пытаясь найти работу, поскольку, с точки зрения парижских снобов, учился в «неправильных» местах. Поэтому, подавая заявление на работу в институт Марии Кюри, он не питал особых надежд. Однако Мария, сама из разряда «неправильных», решила дать шанс этому высокому худому юнцу с носом, похожим на акулий плавник. (Не последнюю роль сыграло и то, что ее бывший любовник, Ланжевен, настоятельно рекомендовал Жолио.) Предложение о работе ошеломило Жолио: в детстве он вырезал фотографии Кюри из журналов и по-прежнему преклонялся перед ней. Он с радостью согласился. Затем Мария познакомила Жолио с его новым начальником Ирен.
Молодые люди составили удачный тандем: Ирен в основном занималась химией, а Жолио физикой. Мария одобряла это партнерство, поскольку оно напоминало разделение труда, которое оказалось столь успешным для нее и ее покойного мужа. Что она не одобряла и от чего даже пришла в оторопь, когда узнала, так это романтических отношений между Фредериком и зеленоглазой Ирен, за которой он начал ухаживать за спиной Марии.
Не менее поразительно и то, что Ирен ответила Жолио взаимностью. Казалось, их союз обречен, учитывая полную противоположность характеров. Он импульсивный, тщеславный, общительный, ухоженный, в лаборатории всегда в безупречно белом халате; она замкнутая, равнодушная к радостям жизни, безвкусно одетая, способная прилечь вздремнуть прямо на полу. Но их многое и сближало: потеря отцов в ранней юности, стремление к социальной справедливости и особенно увлечение ядерной физикой. Наиболее наглядно это выражалось в их лабораторных журналах, которые временами читаются как научные арии: один из них начинает описывать эксперимент, а другой подхватывает мысль с середины предложения, продолжая дуэт другим почерком. После нескольких лет таких близких отношений Ирен наконец приняла предложение Жолио, и утром 9 октября 1926 г. они стали мужем и женой (по крайней мере, формально после свадебной церемонии они провели весь день в лаборатории).
С подозрением относясь к этому браку, Мария Кюри часто представляла Жолио посторонним не как зятя, а как «мужчину, который женился на Ирен». Помимо прочего, ее раздражало, что после свадьбы Ирен и Жолио поменяли свои фамилии на «Жолио-Кюри». С одной стороны, соединение фамилий выглядело прогрессивным и феминистским, своего рода декларацией равенства. Но циники отмечали, что Фредерик получил гораздо больше, добавив «Кюри» к своему имени, чем Ирен добавив «Жолио» к своему. В результате некоторые коллеги стали называть Жолио «жиголо Ирен». Так они пытались поставить на место выскочку Фредерика, а заодно и оскорбить Ирен, которая во многих отношениях была доминирующим партнером. Тем не менее браку Жолио-Кюри сопутствовал успех, как и их исследованиям.
Первую научную неудачу пара пережила в январе 1932 г. Несколькими годами ранее немецкие физики опубликовали необычные результаты эксперимента с радиоактивными атомами. Такие атомы нестабильны: они распадаются и выбрасывают разные виды частиц своего рода субатомную шрапнель. В частности, немцы работали с так называемыми альфа-частицами. Они направляли их поток на тонкий лист металлического бериллия. Это заставляло бериллий высвобождать частицы второго типа. Но природа этой вторичной шрапнели оказалась загадочной. Начать хотя бы с того, что она обладала чрезвычайно большой энергией летела с такой скоростью, что пробивалась сквозь 10 см сплошного свинца. Самый мощный известный тогда тип радиоактивных частиц назывался гамма-излучением, поэтому немцы пришли к выводу, что это должен быть особый сорт гамма-излучения, и написали об этом статью.
Две команды приступили к дальнейшей работе над этой темой, в том числе Жолио-Кюри в Париже, у которых благодаря покровительству Марии Кюри было огромное преимущество перед конкурентами. У Кюри было лучшее оборудование в мире, а также самые мощные источники альфа-частиц, в том числе два грамма радия. (В дополнение к первоначальному грамму, который она прятала во время Первой мировой войны, в 1921 г. Мария получила еще один в подарок от Ассоциации женщин США в знак признания ее заслуг как первой женщины-ученого.) Мария, в свою очередь, предоставила дочери и мужчине, который на ней женился, исключительный доступ к этим научным сокровищам. Попутно отметим, что перед тем, как войти в семью Кюри, Жолио пришлось подписать брачный договор, где указывалось, что в случае смерти Марии и его развода с Ирен радий будет принадлежать одной только Ирен. Такова была тогда ценность этого вещества не менее 100 000 долларов за грамм (1,3 млн долларов в современном эквиваленте).
Радий со временем распадается на другие вещества, и, анализируя продукты его распада, Жолио-Кюри выделили образец полония элемента, который испускает интенсивный поток альфа-частиц. Затем они повторили немецкий эксперимент и обнаружили нечто поразительное. Как и немцы, они позволили альфа-частицам бомбардировать образец бериллия, высвобождая гамма-лучи. Но они также расширили эксперимент, поместив за листом бериллия пластинку парафина и заставив эти гамма-лучи врезаться уже в нее. К их изумлению, парафин начал испускать протоны еще одну субатомную частицу. Протоны намного тяжелее настоящих гамма-лучей; поэтому, для того чтобы гамма-лучи выбивали протоны, они должны двигаться с немыслимой скоростью. Это все равно что стрелять бумажными шариками с такой силой, чтобы сдвинуть с места валун. Взволнованные, Жолио-Кюри написали статью о своем эксперименте и разослали ее для публикации. В то время Ирен была беременна (никаких норм относительно ограничения воздействия радиоактивного излучения на плод тогда не существовало), поэтому после публикации статьи они отправились в заслуженный отпуск в семейный коттедж Кюри недалеко от Л'Аркуэста. (Коттедж, можете не сомневаться, принадлежал только семье Кюри: брачный договор Жолио не позволял ему претендовать и на него.)
Тем временем другому ученому, который тоже продолжал опыты немцев, Джеймсу Чедвику из Англии, приходилось преодолевать одну трудность за другой. Он работал в скудно оборудованной Кавендишской лаборатории в Кембридже с громоздкой аппаратурой и слабыми источниками альфа-частиц. Наконец ему удалось раздобыть более подходящий источник: из больницы в Балтиморе ему отправили несколько почти израсходованных ампул радиоактивных веществ, использовавшихся для поражения опухолей. (Норм безопасности при пересылке почтовых отправлений тогда тоже еще не изобрели.) К тому времени, как Чедвик получил ампулы, вышла статья Жолио-Кюри. Но вместо того чтобы смириться с поражением, он критически взглянул на их работу и ее вывод показался ему подозрительным. Он просто не верил, что крошечные гамма-шарики могут сталкивать с места огромные валуны протонов. И сделал другой вывод.
Ученые того времени считали, что атомы состоят из двух частиц: положительных протонов, которые находятся в атомном ядре, и отрицательных электронов, которые вращаются вокруг него. Но некоторые теоретики предсказывали существование третьей частицы, также находящейся в ядре, нейтрального нейтрона. Чедвик задался вопросом, не могут ли странные бериллиевые гамма-лучи на самом деле являться первым экспериментальным свидетельством существования нейтронов. Это было бы логично: будучи того же размера, что и протоны, нейтроны могли легко их выбить. При этом, будучи электрически нейтральными, нейтроны могли легко проникать сквозь материю, даже толстые пластины свинца.
В течение следующих 30 дней Чедвик без конца повторял свои эксперименты, зачастую проводя в постели всего по три часа в сутки, и вскоре получил твердые доказательства существования нейтронов. В феврале 1932 г. он отправил статью в журнал Nature. Вернувшись из отпуска, Ирен и Жолио прочли статью и готовы были сгореть от стыда: они только что упустили возможность открыть одну из трех фундаментальных частиц Вселенной. Это была самая обидная неудача, какую они только могли вообразить, но вскоре все стало еще хуже.
После промашки с открытием нейтрона Жолио-Кюри с удвоенной силой взялись за исследования. Ирен родила ребенка, но уже шесть недель спустя, в апреле, потащила Жолио в лабораторию, расположенную в Швейцарских Альпах на высоте 3350 м. Это делало ее идеальным местом для изучения так называемых космических лучей потока субатомных частиц, которые попадают на Землю из космоса. Никто в то время толком не знал, что это за лучи, и Ирен с Жолио хотели изучить их и выяснить, не попадутся ли в этом потоке нейтроны.
В своей работе они использовали так называемую камеру Вильсона герметичный резервуар, наполненный парами спирта или воды. Пролетая сквозь эту камеру, космические лучи оставляли за собой видимый след из капель. Подвергая резервуар воздействию электрических и магнитных полей, ученые могли закручивать или изгибать такие капельные следы, причем по форме этих траекторий можно было определить размер, скорость и электрический заряд частиц. Помешанный на приборах Жолио обожал камеры Вильсона и мог часами наблюдать за следами частиц, увлеченно рассматривая петли и завитки. Всякий раз, когда появлялся особенно красивый след, он восклицал: «Разве это не самая прекрасная вещь на свете?» На что Ирен отвечала: «Да, дорогой, возможно кроме рождения ребенка».
В Альпах Ирен с мужем наблюдали довольно любопытные капельные следы, в том числе странные спирали. Оставлявшая их частица, по-видимому, имела одинаковый вес с электроном, но след закручивался в противоположном направлении, как будто она была заряжена положительно. Как бы то ни было, нейтральные нейтроны никак не могли оставить такого следа, поэтому после двух бесплодных месяцев пара отказалась от проекта и вернулась с ребенком в Париж.
Но в сентябре того же года новое известие заставило их снова броситься к своим лабораторным журналам. Некий физик из Калифорнии, также используя камеру Вильсона, обнаружил нечто, называемое антиматерией. Различные комбинации трех фундаментальных частиц протонов, нейтронов и электронов составляют практически все вокруг нас, и мы называем это окружающее нас вещество материей. Но Вселенная также содержит антиматерию, которая, по сути, является негативом материи. (Если материя и антиматерия соприкасаются, они уничтожают друг друга с выбросом энергии.) Подобно Жолио-Кюри, калифорнийский физик, отслеживая необычные завихрения в камере, заметил частицу размером с электрон, но с положительным зарядом. В отличие от них, он осознал важность этого явления: перед ним было первое доказательство существования антиматерии он обнаружил частицу под названием «позитрон».
Когда Ирен и Жолио покопались в своих лабораторных записях, им оставалось только стонать. Они наблюдали те же самые следы, имели те же доказательства и во второй раз за несколько месяцев упустили фундаментальное открытие. На сей раз их научная ария звучала с трагическим надрывом.
Если в 1932 г. Жолио-Кюри мечтали, чтобы неудачный для них год закончился как можно быстрее, то следующие несколько лет возместили понесенный ими научный урон. Они возобновили обстрел различных металлов альфа-частицами, и осенью 1933 г., когда они попробовали алюминий, их ожидал приятный сюрприз. Обычно обстрел альфа-частицами порождал только один тип вторичной шрапнели, чаще всего нейтроны. Но при бомбардировке алюминиевой фольги образовывались и нейтроны, и позитроны так сказать, два по цене одного. Никто никогда не наблюдал подобной двойной радиоактивности, поэтому Жолио-Кюри решили подготовить доклад для престижной октябрьской конференции в Брюсселе. В ней должны были участвовать почти все корифеи ядерной физики: Бор, Ферми, Дирак, Шредингер, Резерфорд, Паули, Гейзенберг.
Это выступление могло бы обеспечить всю их карьеру. Вместо этого оно едва ее не погубило. Из-за своих прежних промахов Жолио-Кюри приобрели репутацию небрежных исследователей, и это новое открытие, которое, кстати, включало обе частицы, упущенные ими ранее, выглядело слишком невероятным. Выдающийся австрийский физик Лиза Мейтнер встала после их выступления и заявила с суровостью ветхозаветного пророка: «Это не так». Она утверждала, что проводила аналогичные эксперименты в Берлине и ничего подобного никогда не наблюдала. Это была убийственная оценка, и, учитывая репутацию Мейтнер, большинство ученых ей поверили.
Подавленные, Ирен и Жолио вернулись в Париж. Но вместо того чтобы повесить головы, они как одержимые принялись искать доказательства достоверности своих результатов. Ни о чем другом они не помышляли, обсуждая свои эксперименты и во время еды, и поздно ночью. После нескольких недель изнурительных проверок и перепроверок фортуна наконец им улыбнулась. Однажды утром в январе 1934 г. Жолио засучил рукава своего белоснежного лабораторного халата и принялся двигать компоненты их экспериментальной установки просто чтобы посмотреть, что произойдет. Сначала он отодвинул источник альфа-излучения подальше от алюминиевой фольги. Затем, без всякого умысла, вообще убрал полоний. К его замешательству, детектор радиоактивности продолжал регистрировать вылет шрапнели. И не секунду-другую, а несколько минут. Этого не могло быть: альфа-частицы были необходимы, чтобы выбивать шрапнель, и удаление их источника должно было все прекратить. Так почему же детектор несколько минут все еще регистрировал вылет частиц? Находясь в растерянности, он, как и всегда в подобных случаях, обратился к Ирен.