Этот большой успех был началом весьма плодотворного направления, которое привело к широкому обзору процессов естественных и искусственных превращений ядра и сопутствующих электромагнитных излучений. Здесь прежде всего следует упомянуть объяснение Гамовым более тонкой структуры спектров -излучения, которое подобно объяснению оптических спектров явилось основой более точного изучения дискретных квантовых состояний ядер. Вначале ведь речь шла — в отличие от анализа атомных спектров на базе принципа соответствия, — собственно, только о разумном применении классических законов сохранения и квантовых постулатов. В частности, постепенно выяснилось, что схематичное представление о поле ядра как о потенциальной яме, в которой частицы движутся приблизительно независимо друг от друга, недостаточно, чтобы объяснить детали ядерных реакций и в особенности часто с этим связанные характерные резонансные явления. В действительности выяснилось, как мы увидим, что эта типичная черта ядерных реакций в отличие от атомных реакций состоит как раз в чрезвычайно сильной связи движений частиц в ядре, по сравнению со связью движений электронов во внешней области атома, и в обусловленном этим чрезвычайно лёгком обмене энергией между отдельными ядерными частицами.
Это положение вещей выяснилось прежде всего при более глубоком изучении ядерных превращений, вызванных нейтронной бомбардировкой, которое последовало за открытием искусственной радиоактивности Ф. и И. Жолио. Вследствие отсутствия отталкивания вне области, занятой собственно ядром, последние явления намного легче обозревать, чем столкновения между ядрами и положительно заряженными частицами, такими, как протоны и -частицы, для которых наличие потенциального барьера часто оказывает решающее влияние. Из того обстоятельства, что эффективные сечения неупругого рассеяния быстрых нейтронов на тяжёлых ядрах по порядку величины совпадают с ядерными размерами, можно действительно немедленно заключить, что связь между проникающим нейтроном и частицами ядра должна быть очень сильной. Ещё более далеко идущие выводы можно сделать из факта, впервые доказанного Ферми, что такие соударения могут даже с заметной вероятностью привести к захвату нейтрона с образованием нового стабильного ядра, которое, правда, часто оказывается -радиоактивным, причём время жизни последнего всегда совсем другого порядка величины, чем времена, встречающиеся в процессах соударения. Но подобный захват нейтрона неизбежно связан с излучением избыточной энергии, и из наблюдаемой вероятности такого хода соударения можно поэтому заключить, что время соударения чрезвычайно велико по сравнению с интервалами времени, необходимыми для простого прохождения нейтрона через область ядра. Уже определяемая зарядом и размерами ядер верхняя граница вероятности -излучения означает в действительности, что отношение между временем соударения и последними интервалами времени порядка миллиона.
Обычный способ описания атомных процессов рассеяния, приспособленный к соударениям между быстрыми электронами и атомами, при котором движение в фиксированном силовом поле учитывается в первом приближении, поэтому полностью непригоден при описании соударении между нейтроном и ядром. Скорее следует представить себе, что проникновение нейтрона в область ядра немедленно вызывает обмен энергией с частицами ядра, вследствие чего энергия очень быстро распределяется между всеми частицами созданной нейтроном и первичным ядром общей системы, причём так равномерно, что ни одна частица не обладает в ближайший момент достаточной энергией, чтобы покинуть ядро вследствие притяжения соседних частиц. Характер этого промежуточного состояния приводит также к тому, что окончательный результат столкновения определяется, так сказать, свободной конкуренцией между всеми возможными процессами распада и излучения составной системы; этим и объясняется непосредственно удивительное обилие превращений ядра, в которых проявляются почти все виды процессов, совместимых с сохранением энергии. Как раз в этой связи уже вскоре после первых попыток Резерфорда расщепить ядро -лучами всесторонне обсуждалось предложение о промежуточном состоянии при превращениях ядра; однако до опытов с нейтронами не только трудно было усмотреть влияние барьерных: эффектов, но и отсутствовала всякая основа для оценки времени жизни промежуточного состояния и для детальной характеристики его свойств.