До сих пор именно атомный вес был главным распорядителем в периодической системе элементов. Каждый элемент водворялся на место в строгом соответствии со своей массой: легкие — в начало, тяжелые — в конец.
Теперь же несколько десятков новых тяжелых радиоактивных элементов претендовали всего лишь на несколько свободных мест.
Неслыханное дело! Конкурс в таблице элементов! Но элементы не абитуриенты, а таблица — не университет, который не может принять всех желающих. Но если она претендовала на универсальность, то должна была предоставить место всем элементам сколько бы их вдруг ни нахлынуло!
Наконец, бывший сотрудник Э. Резерфорда по Канадскому университету Ф. Содди высказал предположение, что в природе, по-видимому, существуют разновидности химических элементов с разными атомными весами и несколько отличающимися физическими свойствами, и разновидности эти должны занимать одно и то же место в периодической системе.
Последнее обстоятельство и было отражено в том названии, которое они получили: «изотопы» (от греческих слов «изос» — «одинаковый» и «топос» — «место»).
Открытие изотопов у тяжелых, а вскоре и у легких элементов заставило, в свою очередь, схватиться за голову физиков. Ведь атомные веса измерялись косвенно, с помощью химических реакций, в которых изотопы элементов неразличимы. Не оставалось никаких иллюзий относительно того, что химическими методами никогда не удалось бы узнать вес каждого изотопа, и физики решили сами заняться точным взвешиванием атомов с помощью специально для этой цели созданного прибора, масс-спектрографа. Истинный атомный вес изотопа можно было найти только одним путем — путем взвешивания каждого отдельного атома. Метод взвешивания таков. Сначала свободные атомы химического элемента превращают в ионы. Затем их ускоряют и направляют в специальную камеру, из которой предварительно выкачивают воздух. В вакуумной камере под действием магнитного поля ионы двигаются по орбитам с радиусом, соответствующим массе этих частиц. И если взвешиваемые атомы состоят из смеси изотопов, то на фотопластинке, поставленной на их пути, можно наблюдать почернения в тех местах, где на нее попадают частицы разной массы. Количество пятнышек соответствует числу изотопов. Абсолютный же вес атомов каждого изотопа можно найти, зная положение соответствующего пятнышка на фотопластинке.
Первые же полученные результаты окончательно рассеяли почти вековое заблуждение. Те дробные значения, которые раньше принимали за атомный вес элементов, на самом деле были средними арифметическими атомных весов всех изотопов этих элементов.
Взвешивание атомов подтвердило гипотезу У. Праута. Атомный вес каждого изотопа оказался кратным атомному весу водорода.
Все как будто складывалось к лучшему: нашли изотопы, исправили атомные веса, наконец, обнаружили атомное ядро.
Подобно герою пьесы «Мещанин во дворянстве», который удивился, узнав, что всю жизнь говорил прозой, физики тоже испытали чувство приятного удивления, когда узнали, что уже целый век толкуют о ядерном весе. Ведь масса атомных электронов ничтожно мала.
Атомный вес, прежде полновластный распорядитель в периодической системе, полностью утратил свой авторитет после появления нового кумира — атомного ядра. Порядковый номер элементов точно совпадал с величиной электрического заряда ядер и был одинаков у всех изотопов каждого элемента.
Физики были счастливы, но недолго. Любознательность непреодолима и не признает никаких границ. Захотелось поточнее измерить ядерный вес, и как только Р. Астон, ближайший сотрудник Э. Резерфорда в Манчестерском университете, закончил работу по усовершенствованию своего масс-спектрографа, началась новая ревизия. Тут-то и обнаружилась недостача.
Массы атомных ядер совсем немного, всего лишь на несколько десятых и даже сотых долей процента от массы водорода, недотягивали до ближайшего целого числа.
Экспериментаторы только развели руками. В их глазах атомные ядра теперь выглядели не только хранителями огромных запасов энергии, но и расточителями собственной массы.