Что общего у жука-светляка, энергосберегающей лампочки и неоновой вывески? Все они светятся и не нагреваются при этом выше 60 градусов по Цельсию — в отличие от углей в мангале и раскаленного металла, свечение которых человеческий глаз видит лишь при температурах выше 500 градусов. Холодное свечение, или люминесценцию, изучал в начале своей карьеры будущий первооткрыватель радиоактивности — француз Анри Беккерель.
Ученый знал, что некоторые вещества, полежав некоторое время на солнце, начинают светиться. Сегодня мы знаем, что электроны в их атомах получают порцию солнечной энергии и переходят в возбужденное энергетическое состояние. В этом состоянии электронам «неудобно»: они хотят избавиться от лишней энергии так же, как большинство людей от непредвиденного дохода — потратить как можно скорее. Ресторанов и магазинов в атомном мире нет, поэтому электроны расходуют полученную энергию на зрелище — испускают свет.
Помимо энергии Солнца, вызвать люминесценцию может химическая реакция, столкновение с другими элементарными частицами или воздействие особого излучения, которое в 1895 году открыл Вильгельм Рентген, навсегда изменив этим жизнь Беккереля.
Рентген экспериментировал с источником электрического напряжения — катодной трубкой — и обнаружил таинственные невидимые лучи, названные затем рентгеновскими. Они легко проходили через непрозрачные тела, а в месте их выхода из трубки было замечено люминесцентное свечение. Почти сразу же другой ученый — Анри Пуанкаре — высказал гипотезу о том, что люминесцентные вещества помимо видимого света испускают и рентгеновские лучи, и никакая катодная трубка им для этого не нужна.
Беккерель решил проверить гипотезу Пуанкаре экспериментально и взял из коллекции отца урановую соль — сильно люминесцирующее вещество. Ученый не догадывался о радиоактивных свойствах урана и терпеливо держал минерал под солнечными лучами. Через несколько часов урановая соль начинала испускать собственное свечение, вместе с которым, по мнению Беккереля, появлялись и рентгеновские лучи. Чтобы «поймать» последние и отделить от люминесцентных лучей ученый использовал фотопластинку, завернутую в черную непрозрачную для видимого света фотобумагу. Рентгеновские лучи должны были пройти через нее и засветить фотопластинку.
Эксперимент прошел удачно, фотопластинка была засвечена. 24 февраля 1896 года воодушевленный Беккерель сделал об этом предварительный доклад во французскую Академию наук, но внезапно задумался о качестве «фотографии». Она показалась ему слишком расплывчатой из-за недостаточного количества света, и Беккерель решил повторить эксперимент в солнечную погоду.
У природы нет плохой погоды
День повторного опыта выдался пасмурным, и Беккерель до лучших времен убрал в шкаф урановую соль и фотопластинку, завернутую в черное полотно. Между солью и пластинкой он положил металлический крест. Через пару дней ученый извлек судьбоносную инсталляцию, и вместо того, чтобы дать ей погреться на солнце, вдруг решил проявить фотопластинку, обнаружив на ней «рентгеновский снимок» креста.
Даже без предварительной «подзарядки» солнечной энергией урановая соль была источником проникающего излучения, часть которого «застряла» в кресте. Дальнейшие эксперименты показали, что это свойство урановой соли не исчезает месяцами, и вообще — дело в самом уране. Проникающее излучение не имело ничего общего с рентгеновским и оказалось потоком заряженных частиц.
Результаты Беккереля привлекли внимание легендарных Марии и Пьера Кюри. Вместе трое ученых продолжили исследования, которые привели к открытию радиоактивных элементов полония и радия, развитию интереса к ядерной физике и созданию атомной энергетики. В 1903 году за открытие радиоактивности все три исследователя получили совместную Нобелевскую премию по физике.