Всё же даже в случае полного резонанса вероятность вылета нейтрона, найденная этим способом, должна быть больше вероятности испускания кванта. Вследствие гораздо более близкого взаимодействия между ядром и нейтроном, вытекающего из явлений захвата быстрых нейтронов, мы и должны были бы ожидать отсутствия селективного рассеяния очень медленных нейтронов, обладающих малым избытком энергии, так как в этом случае вероятность вылета нейтрона исчезающе мала до сравнению с переходом, сопровождающимся излучением.
Однако в последних опытах Ферми и других 2 обнаружилась крайняя чувствительность явлений селективного захвата нейтронов к небольшим изменениям скорости последних, что приводит к степени резонанса, совершенно не совместимой с описанной выше моделью ядра. Действительно, при фильтрации пучка медленных нейтронов через тонкие пластинки различных селективно поглощающих элементов были получены весьма разнообразные эффективные сечения селективного захвата, показывающие, что резонанс ограничен узкой областью значений энергии нейтрона, различной для разных селективных поглотителей. Пользуясь для сравнения захватом нейтронов лёгкими элементами, приводящим к вылету -частиц, где селективность выражена гораздо менее резко и где поэтому из основных квантовомеханических соображений можно найти, что вероятность захвата внутри энергетической области будет вообще обратно пропорциональна скорости нейтрона, можно даже заключить, что энергетическая область резонанса для некоторых селективно поглощающих элементов ограничена интервалом, измеряемым долями вольта 1.
2 Fermi, Amaldi. La Ricercio Scientifica, 1935, A6, 544; Szilard. Nature, 1935, 136, 849; Frisch, Hevesy, McKay. Nature, 1936, 137, 149.
1 R. Frisсh, G. Рlасzеk. Nature, 1936, 137, 357.
На основании этой небольшой ширины уровней энергии составной системы, получающейся при захвате медленного нейтрона, мы приходим на основе простых статистических соображений для случаев селективного захвата у тяжёлых элементов к значению около десяти вольт для расстояния между соседними энергетическими уровнями возбуждения, с которыми приходится иметь дело в этих явлениях. Это не только находится в полном согласии с выводами относительно большой плотности распределения энергетических уровней ядра, находящегося в состоянии высокого возбуждения, к чему мы пришли, обсуждая неселективное поглощение быстрых нейтронов; исключительная резкость уровней, с которыми мы имеем дело в явлениях селективного нейтронного захвата, даёт также интереснейшее подтверждение нашим первоначальным предположениям относительно большего времени жизни промежуточных состояний при нейтронных столкновениях. Действительно, близкое расположение уровней в составной системе поразительным образом подтверждает крайне малую величину вероятности ядерных переходов с излучением и ведёт к значению времени соударения между быстрым нейтроном и ядром, в миллион раз превышающему интервал времени простого прохождения нейтрона сквозь ядро.
Отсутствие селективности при захвате быстрых нейтронов, строго говоря, относится только к вероятности захвата нейтрона ядром и вылету из него материальной частицы. Детальный механизм этих явлений должен, однако, существенно зависеть от системы уровней образующегося ядра. В самом деле, после столкновения эта система должна находиться в каком-то устойчивом состоянии, и если кинетическая энергия падающего нейтрона не слишком велика, все состояния, между которыми может быть сделан выбор, должны лежать в области обычных дискретных -уровней. Если поэтому кинетическая энергия нейтронов, внедряющихся в тяжёлое ядро, будет меньше самого низкого уровня этого ядра, энергия нейтрона, вылетающего из составной системы, должна с необходимостью равняться энергии падающего. Однако в случае соударения нейтрона с большей энергией, очевидно, имеется определённая вероятность, что ядро может остаться в возбуждённом состоянии после вылета нейтрона с соответственно меньшей энергией.
На самом деле вероятность процесса, происходящего таким путём, который предполагает меньшую концентрацию избыточной энергии составной системы на испускаемом нейтроне, часто может значительно превышать вероятность вылета нейтрона без возбуждения. По-видимому, имеются также экспериментальные доказательства ядерного возбуждения при соударениях с нейтронами, а именно — в наблюдениях потерь энергии быстрых нейтронов, пронизывающих вещества большого атомного веса 1, где прямой обмен энергией между нейтронами и ядрами должен быть крайне мал.
1 W. Ehrenberg. Nature, 1935, 136, 870.