По мнению супругов Кюри, теперь можно было говорить о существовании четырех «радиоэлементов» – урана, тория, полония и радия. Однако большинство других ученых признавали только первые два.
Крохотные следы полония и радия, которые Кюри извлекли из смоляной обманки, были слишком незначительными для вычисления атомного веса или других экспериментов, которые поддержали бы какие-либо претензии на статус элементов для этих веществ. Они не проявляли себя ничем, кроме своей радиоактивности и одной-единственной спектральной линии. И все же на фотографических пластинах – посреднике, с помощью которого урановые лучи впервые заявили о своем присутствии, – как обнаружили Кюри, полоний и радий могли за полминуты дать те же эффекты, для достижения которых урану и торию требовались часы.
«По нашему мнению, – писала Мари в размышлениях о совместной работе с Пьером, – не могло быть сомнений в существовании этих новых элементов, но для того, чтобы заставить химиков признать их существование, было необходимо их изолировать». Супругам для этой следующей фазы понадобились бы гораздо бо2льшие запасы сырья. Первоначальная оценка Мари содержания полония в смоляной обманке – 1 процент – была до безумия оптимистичной. Поскольку увесистые куски смоляной обманки приносили лишь едва различимые следы желанных конечных продуктов, их соотношение по массе стремилось к одной тысячной или даже одной стотысячной доле одного процента. И поэтому теперь вместо сотни граммов смоляной обманки они заказали из шахты в Богемии сто килограммов и оплатили ее премиальными деньгами Мари.
Было очевидно, что масштаб их деятельности больше не вмещается в крохотное лабораторное помещение на нижнем этаже промышленной школы. И услужливый директор Поль Шутценбергер нашел новое место для исследований Мари. Через двор напротив здания школы стоял старый деревянный сарай, некогда служивший анатомическим театром для студентов-медиков. Чугунная печь, черная классная доска и несколько ветхих деревянных столов – вот все, что еще оставалось от обстановки в этом строении, больше похожем на ангар, чем на лабораторию. Еще у него был асфальтовый пол и вечно протекавшая стеклянная крыша.
Термин «стеклянный потолок» стал расхожей метафорой невидимых барьеров для профессионального роста и развития женщин только через сто лет, а Мари Кюри трудилась под настоящим стеклянным потолком в этом «бедном, ветхом сарае» с 1899 по 1920 год, превращая смоляную обманку в радий.
Поскольку в сарае отсутствовали вентиляционные колпаки для отвода ядовитых газов, супруги Кюри осуществляли первые стадии химических реакций под открытым небом во дворе, где естественное движение воздуха выполняло для них роль вентиляции. Когда дождь загонял их внутрь помещения, они продолжали процедуры экстракции, «оставляя окна открытыми».
Непомерная закупочная цена на смоляную обманку могла загнать их исследования в тупик, но вскоре они наткнулись на способ сэкономить: вместо руды, которая содержала представлявший коммерческую ценность уран, они довольствовались шахтными отходами, из которых был уже выбран уран. Сочувствующий коллега из Венской академии наук обратился к австрийскому правительству с просьбой от лица Кюри. Управляемая государством урановая шахта в Богемии, которая сбрасывала свои отходы в ближайшие леса, согласилась отсылать французским ученым столько бесполезной для производства пустой породы, сколько они пожелают, беря с них плату лишь за транспортировку.
Сарай супругов Кюри во дворе на улице Ломон, 1899 г.
Весной 1899 года партия обедненной урановой руды была отправлена в Париж товарным поездом, покрыв последний отрезок пути от Гар-дю-Нор до промышленной школы на телеге угольщика. Как только прибыл груз, Мари поспешила наружу, чтобы взрезать один из больших брезентовых мешков и зарыться руками в пыльный бурый порошок. Она обнаружила, что в нем полно сосновых иголок от лесной подстилки, на которую сваливали отходы из шахты.
На шахте руду перемалывали, затем пережигали с кальцинированной содой, промывали теплой водой и погружали в серную кислоту, чтобы связать вожделенный уран в растворе. Таким образом, осадок, доставленный Кюри, приходил в какой-то степени предварительно переработанным, но на самом деле не подготовленным для извлечения радия. Все, что они делали в миниатюре в лабораториях промышленной школы, теперь необходимо было повторить в многократно увеличенном масштабе. «Я должна была одновременно обрабатывать до двадцати килограммов материала, – писала Мари, – так что сарай был заполнен огромными сосудами с осадком и жидкостями. Передвигать эти контейнеры, переливать жидкости и часами перемешивать железным прутом кипящий материал в чугунном котле – это была изнурительная работа». К вечеру она была «разбита усталостью».
Мари перемежала изнурительное измельчение смоляной обманки более тонкой и менее тяжелой в физическом плане работой – фракционной кристаллизацией, неоднократно растворяя и дистиллируя осадки с целью получения все более высоких концентраций радия, который давал о себе знать, демонстрируя радиоактивность в ионизационной камере. «Очень тонкие операции последних кристаллизаций все труднее осуществлять в этой лаборатории, – говорила она, – где невозможно найти защиту от железной и угольной пыли».
В начале совместной работы Пьер признался Мари в романтической надежде на то, что их новые элементы продемонстрируют красивые цвета. Теперь, словно откликнувшись на его чаяния, колбы с растворами и тигли с кристаллическими осадками окутывались ореолами нежно-голубого света. Их свечение завораживало супругов. Часто они по вечерам возвращались в амбар после ужина, чтобы любоваться «нашими драгоценными продуктами», стоявшими в колбах и тиглях на столах и столиках. «Со всех сторон мы видели их тускло светящиеся силуэты, и эти проблески, которые казались подвешенными во тьме, точно неяркие волшебные огни, будоражили нас все новыми эмоциями и очарованием».
При свете манящей иллюминации супруги Кюри пришли к осознанию, какой долгий путь им еще предстоит пройти: потребуется несколько тонн шахтных отходов, чтобы получить осязаемое количество любого из их новых элементов. Пьер считал эту задачу слишком хлопотной и, вероятно, даже ненужной. Он предпочел направить свое внимание на уточнение свойств радия, в то время как Мари продолжала вкладывать усилия в накопление самого вещества – процесс, который требовал меньше химических реакций, чем выделение полония.
Дополнительная помощь подоспела к ним в июле 1899 года в лице Андре Дебьерна, молодого химика, который учился в промышленной школе у Пьера. Дебьерн теперь работал лаборантом в Сорбонне, так же как Пьер в начале своей карьеры. Супруги Кюри предложили ему довести методы, первооткрывателями которых они стали, до почти промышленного уровня производства. В то же время они заключили новую сделку с организацией, которая производила и продавала научные инструменты Пьера, Société Centrale des Produits Chimiques[11]. Она обязалась взять на себя бо2льшую часть предварительной химической обработки по указаниям Дебьерна в обмен на часть плодов труда четы Кюри – то есть некоторую долю будущего радия.
Летом того года Мари показала мужу и маленькой дочери красоты своей родной страны. Они втроем встретились с ее отцом и семьями всех ее сестер и брата в живописных горах неподалеку от Закопане, где Броня и Казимеж строили свой новый санаторий. На этом семейном сборище Склодовских Пьер завоевал сердца Маниных родственников, стараясь, пусть и с запинками, вести с ними разговоры на польском языке.
Мари и Пьер Кюри в своей лаборатории
К осени рабочие «Центрального общества» завершили предварительную обработку целой тонны смоляной обманки. Дебьерн не только контролировал этот этап работы, но и одновременно выполнял распоряжение супругов Кюри испытать эту руду на присутствие новых радиоэлементов, как делали они сами, пробуя различные процедуры анализа и тестируя результаты на радиоактивность на каждой стадии. В октябре 1899 года он объявил о собственной находке. Поскольку латинское слово, обозначающее «луч», было уже зарезервировано за радием, гордый первооткрыватель заимствовал его греческий эквивалент для образования названия «актиний».
Хотя Дебьер продолжал работать в своей лаборатории в Сорбонне, он стал завсегдатаем сарая Кюри, а также их нового дома. В начале 1900 года они перебрались в арендованный дом на бульваре Келлермана, где отец Пьера хозяйничал в саду, а друзья семьи собирались по воскресеньям на неформальные научные дискуссии. Ирен привыкла звать Дебьерна «дядюшкой Андре».
Усовершенствованные производственные методы Кюри обеспечили им уникальное положение – возможность снабжать радиоактивными материалами других ученых, в том числе Анри Беккереля и нескольких физиков из Англии, Германии и Австрии, которые прочли о радии в Comptes rendus, еженедельном журнале французской Академии наук, и начали собственные эксперименты с радиоактивностью. Благодарственные письма от осчастливленных получателей в один голос говорили о том, что качество образцов, предоставленных Кюри, обещало наилучшие исследовательские результаты и самую большую вероятность наблюдать незаметные в остальных случаях феномены.
Однажды Беккерель по рассеянности сунул запечатанную стеклянную тубу с активным материалом в карман куртки – и получил ожог на туловище в форме этой тубы. Этот инцидент, по его словам, слегка охладил в нем пылкую любовь к радию. Тогда Пьер намеренно подверг воздействию кожу собственной руки и задокументировал медленный процесс заживления в отчете, опубликованном все в том же Comptes rendus. И он, и мадам Кюри, отмечал он, часто обнаруживали, что кожа на их ладонях трескалась и облезала, реагируя на контакты с радиоактивными продуктами, а подушечки пальцев отвердевали и болели целые недели или месяцы подряд. Этот небольшой дискомфорт не встревожил их и не отвратил от занятий наукой. Более того, сообщения о повреждениях кожи возбудили интерес медиков, которые теперь рассматривали радиоактивность как потенциальное паллиативное лечение определенных дерматологических заболеваний и даже как средство разрушения раковых опухолей.
Всеобщее возбуждение, окружавшее радиоэлементы, вскипело ключом на первом Международном конгрессе по физике, который проводился в Париже летом 1900 года, совпав по времени со всемирной выставкой. Днем 8 августа в амфитеатре Музея естественной истории Пьер подвел итоги всему, чего они с Мари достигли на тот момент, одновременно признав труды других исследователей, чьи открытия и проекты расширяли общее понимание радиоактивности. Например, Эрнест Резерфорд, молодой новозеландец, учившийся у Дж. Дж. Томсона в Кавендишской лаборатории в Кембридже, путем экспериментов с ураном обнаружил, что урановые лучи бывают двух различных типов. Те, которые он окрестил «альфа-лучами», играли главную роль в ионизации газов, но распространялись на небольшое расстояние и могли быть полностью блокированы листом бумаги. «Бета-лучи», напротив, ионизировали газы слабо, но обладали крайне сильной проникающей способностью. Они могли проходить сквозь металлические экраны и преодолевать значительные расстояния. Приверженцы этой новой науки также узнали, что радиоактивность «заразна»: активный источник, такой как радий, мог как минимум временно делать радиоактивными другие предметы. Эта «наведенная радиоактивность», по словам Пьера, заразила почти все в лаборатории супругов Кюри.
Перед завершением своего выступления Пьер подчеркнул разительную диспропорциональность между бесконечно малыми количествами новых радиоэлементов и их огромной активностью. Он и мадам Кюри с помощью применяемых ими химических методов переработали несколько тонн смоляной обманки, добыв лишь по нескольку долей грамма каждого из активных материалов. Эти продукты, пусть еще и не полностью изолированные, уже продемонстрировали радиоактивность как минимум в сто тысяч раз бо2льшую, чем у чистого урана.
Хотя профессиональный авторитет и репутация супругов Кюри быстро росли, их совокупный доход едва покрывал расходы. В 1900 году Женевский университет принялся соблазнять Пьера хорошо оплачиваемой должностью профессора физики, заодно обещая ему настоящую лабораторию и должность адъюнкт-исследователя для Мари. Пьер сперва согласился, но затем отверг предложение Женевы, предпочтя остаться во Франции и заработать дополнительные деньги, читая курс физики студентам-медикам в Сорбонне. Мари тоже нашла себе оплачиваемую работу. Через четыре года после получения сертификата с правом преподавания она стала членом педагогического состава лучшего женского высшего учебного заведения – расположенной в Севре школы для будущих педагогов, École Normale Supérieure d’enseignement secondaire de jeunes filles[12]. Она описывала своих учениц как «девушек примерно двадцати лет, которые поступили в школу после суровых экзаменов и должны были продолжать очень серьезно трудиться, чтобы соответствовать требованиям» лицеев, в которых надеялись в будущем преподавать.
Ученицы Мари поначалу хихикали между собой и высмеивали ее польский акцент, но вскоре уже ждали ее занятий с энтузиазмом и предвкушением. «Мы выглядывали из окон, ожидая прибытия нашего профессора, – вспоминала одна ученица, – и стоило нам завидеть в конце каштановой аллеи ее скромное серое платье, как мы бежали занимать места в конференц-зале».
Необходимость несколько раз в неделю ездить на трамвае в Севр отрывала Мари от лабораторного сарая и замедлила ее продвижение к определению атомного веса радия.
На момент объявления об открытии радия, в 1898 году, самый активный образец Кюри состоял в основном из хлорида бария с предположительным содержанием радия, слишком малым, чтобы его можно было взвесить. С тех пор Мари старательно накапливала все больше и больше радия, просеивая дополнительные тонны обедненной смоляной обманки, присылаемые из шахты в Богемии. В марте 1902 года, ближе к концу второго года преподавания в Высшей нормальной школе, она наконец накопила нужное количество материала, чтобы предпринять попытку измерения атомного веса, что помогло бы утвердить радий как настоящий элемент в глазах Менделеева и других химиков.
Ее с трудом добытое сокровище представляло собой один-единственный сантиграмм чистого хлорида радия. Спектроскопический анализ Эжена Демарсе заверил Мари в том, что ее образец содержит только радий и хлор, связанные вместе в химическом соединении как заключительной стадии ее фракционных кристаллизаций. Чисто технически это была соль, дальняя родственница обычной столовой соли. Только она могла похвастаться в миллион раз большей активностью, чем уран.
Как бы ни был мал этот образец (всего-то одна сотая грамма), количество радия, которое он содержал, было еще меньше. Чтобы найти определяющий атомный вес радия, ей пришлось бы подвергнуть образец нескольким химическим реакциям, задействующим элементы с известным атомным весом, а затем провести соответствующие вычисления.
Мари несколько раз взвесила свой драгоценный, совершенно чистый хлорид радия на апериодических весах Кюри (с точностью до двадцатой доли миллиграмма) и нашла среднее арифметическое результатов. Затем она полностью растворила образец с нитратом серебра, и их взаимодействие заставило составляющие обменяться партнерами, образовав хлорид серебра и нитрат радия. После она высушила и взвесила хлорид серебра (несколько раз подряд). Затем провела обратную реакцию, чтобы восстановить хлорид радия, и убедилась в том, что ничто не было потеряно в ходе этих разнообразных манипуляций. Зная, что принятый атомный вес серебра составляет 107,8, а хлора – 35,4, теперь она могла определить, какая часть веса ее образца хлорида радия принадлежит хлору. Остаток и был радием, которому она назначила атомный вес 225, плюс-минус единица [13]. Это число было самостоятельным, не сопровождаемым ни граммами, ни иными единицами, поскольку представляло вес одного-единственного атома – тела, которое невозможно взвесить ни на каких весах. Число 225+/-1, почти вдвое превышавшее атомный вес бария, представило еще одно убедительное доказательство индивидуальности радия.
В мае Мари сообщила об этом важном результате своему отцу. «И теперь ты владеешь солями чистого радия! – ответил Владислав. – Если учесть количество труда, затраченного на его получение, то это безусловно самый дорогой из химических элементов!» Это было верно, однако старый преподаватель, похоже, не сумел постичь более широкое значение открытия своей дочери: «Какая жалость, – продолжал он, – что эта работа имеет лишь теоретический интерес». Через несколько дней, получив телеграмму с вестью о том, что ее отца поразила внезапная болезнь, Мари поспешила в Варшаву, но прибыла слишком поздно и не застала его в живых. На похоронах она отчаянно цеплялась за сестер и брата, а в сентябре снова поехала в Польшу, подтверждая и укрепляя семейные узы.
Продемонстрировав реальность радия, Мари провела следующие несколько месяцев за подготовкой своей докторской диссертации, описывая многолетние «исследования радиоактивных веществ», которые за это время привели к развитию целого научного движения. В день защиты своей диссертации, 25 июня 1903 года, она появилась в студенческом зале Сорбонны в новом черном платье из шерсти и шелка, которое ее заставила купить Броня, приехавшая по такому случаю в Париж. Все родные – Броня, Пьер и старый доктор Кюри – сидели в задних рядах битком набитого зала рядом с кружком учениц из Севра. Мари пригласила на защиту этих юных девушек в надежде, что их присутствие придаст ей смелости, а также с целью показать, куда их может привести усердная учеба.
Помимо ее наставника Габриэля Липпмана, за дубовым столом сидели еще два члена ученого совета: химик Анри Муассон, который снабдил ее самыми первыми образцами урана, и физик Эдмон Бути. Она стояла перед ними, время от времени подкрепляя свои ответы на их вопросы каким-нибудь уравнением или схемой, набросанными на доске. Наконец они поздравили мадам Кюри с ее историческим успехом – как первую женщину во Франции, получившую докторскую степень по физике. При этом она автоматически становилась и первой замужней женщиной – равно как и первой матерью, – которой покорилось подобное достижение. И хотя большинство зрителей так никогда и не узнали об этом факте, она также была первой женщиной, защитившей диссертацию в состоянии беременности.
Ребенок родился рано – слишком рано, на пятом месяце беременности Мари, во время семейного отпуска на острове Олерон у юго-западного побережья.
«Я в таком ужасе от случившегося, – писала она о выкидыше Броне в конце августа. – Я так привыкла к мысли об этом ребенке, что теперь пребываю в полном отчаянии. Напиши мне, умоляю тебя, если думаешь, что мне следует винить в этом общую усталость – ибо должна признать, что я не щадила своих сил». Помимо исследований, преподавательской деятельности, подготовки диссертации, заботы об Ирен и домашних обязанностей, она в начале июня поехала с Пьером в Лондон, когда он читал лекции в Королевском институте. «Я была уверена в своей конституции и теперь горько об этом жалею, ибо дорого заплатила за самоуверенность. Этот ребенок – маленькая девочка – был в хорошем состоянии и был живым. И я так сильно его хотела!»
Через несколько месяцев Королевское общество наградило супругов Кюри престижной медалью Дэви, названной в честь химика сэра Хамфри Дэви, за их выдающийся вклад в химическую науку. Пьер один отправился в Лондон, чтобы забрать золотую медаль и прилагавшуюся к ней 1 000 фунтов. Мари, все еще ослабленная после выкидыша, заболела гриппом, после чего ее мучил затяжной кашель, но, как она уверяла в декабре брата, у нее была всего лишь анемия, без признаков туберкулеза.
После нескольких параграфов, посвященных новостям, она мельком упомянула в письме еще одно недавнее достижение: «Нам дали половину Нобелевской премии». Учрежденная совсем недавно, в 1901 году, Нобелевская премия отражала разнообразные интересы своего основателя, Альфреда Нобеля. Ученый, инженер, предприниматель, поэт и драматург, Нобель завещал пустить его состояние на награждение достойных в областях физики, химии, медицины и литературы. А поскольку его изобретение – динамит – усилило убийственные зверства войны, он учредил отдельную премию для миротворцев.
Королевская шведская академия присудила первую Нобелевскую премию по физике Вильгельму Рентгену за открытие существования Х-лучей. Рентгена предпочли Мари и Пьеру Кюри, которые были номинированы в том же году влиятельным французским врачом Шарлем Бушаром – очевидно, из-за потенциала радиоактивности для медицины. Супруги Кюри были вновь номинированы в 1902 году двумя физиками – Гастоном Дарбу из Франции и Эмилем Варбургом из Германии – но их вновь обошли. В начале 1903 года Пьер получил от одного из номинаторов известие о том, что он – один, без Мари – вероятно, разделит премию по физике с Анри Беккерелем за открытие и изучение радиоактивности. «Это было бы для меня большой честью, – ответил он, – однако мне очень хотелось бы разделить эту честь с мадам Кюри, и чтобы нас рассматривали совместно, так же как мы делаем свою работу». Он вновь повторил детали этой работы, чтобы прояснить роль Мари, и в итоге Нобелевский комитет по физике согласился включить ее.
Из трех со-лауреатов Нобелевской премии 1903 года по физике, объявленных в середине ноября, лишь Анри Беккерель присутствовал на официальной церемонии в Стокгольме 10 декабря, в годовщину смерти Альфреда Нобеля. Пьер выразил общую благодарность супругов Шведской академии письмом, но с сожалением писал, что они никак не смогут приехать в указанное время. Мари объясняла Юзефу: «Я не чувствовала в себе достаточно сил, чтобы предпринять столь долгое путешествие (сорок восемь часов без остановки, а если с остановками, и того дольше) в столь ненастное время года в холодную страну и без возможности задержаться там более чем на три-четыре дня: мы не могли надолго прервать наши учебные занятия, не создав себе огромные трудности».