В 1921 г. я приехал в Англию и стал научным сотрудником Кавендишской лаборатории, которой руководил Резерфорд. Одна из первых моих работ возникла из идеи наблюдать пробег а-частиц в камере Вильсона в магнитном поле, чтобы по изгибам треков можно было мерить скорость каждой отдельной частицы. До того времени камера Вильсона вообще не помещалась в магнитное поле. Для этих опытов нужно было еще найти метод создания сильного магнитного поля, по величине близкого к 100 кэ, и создать его в катушке достаточных размеров, чтобы в это магнитное поле можно было поместить камеру Вильсона. Технически все это казалось осуществимым, так как время, за которое образовывались треки в камере, составляло ничтожные доли секунды и, следовательно, магнитное поле должно было существовать короткое время. Это снимало основную трудность создания сильных магнитных полей — перегрев катушки.
Легко было подсчитать, что за время в несколько сотых долей секунды, в продолжение которого по катушке должен был идти ток, обмотка благодаря своей теплоемкости нагревалась не более чем на 100°. Главная трудность была связана с необходимостью получить мощный импульсный источник электроэнергии.
В те времена электротехника не располагала, как теперь, конденсаторами большой емкости. Мы вышли из затруднения, построив специальную аккумуляторную батарею, состоявшую из свинцовых пластин. Зазор между ними был порядка 1—2 мм и заполнялся серной кислотой. Такая аккумуляторная батарея обладала малой емкостью и малым внутренним сопротивлением. Она давала нам в импульсах необходимую мощность в 200—300 кет. Все это удалось осуществить, и опыты окончились удачно. Изогнутые треки а-частиц были получены и их кривизна была промерена. До сих пор изучение пробегов заряженных частиц в камере Вильсона в магнитном поле остается мощным методом познания радиоактивных процессов.
После этого я начал применять импульсный метод получения мощных магнитных полей для изучения магнитных свойств вещества. Хотя это направление не совпадало с основной тематикой Кавендишской лаборатории, Резерфорд все же благожелательно относился к нему и предоставил мне все необходимое для развития этих исследований.
Когда я начал заниматься магнитными свойствами вещества, первое, что произвело на меня большое впечатление, были работы, которые велись во Франции. Нужно отметить, что в конце прошлого и в начале этого столетия во Франции делались наиболее интересные работы по магнетизму. Особенно выделялась группа ученых, состоявшая из Пьера Кюри, Ланжевена и П. Вейса.
Как известно, систематическое исследование магнитных свойств ряда элементов при различных температурах, которое было проведено Пьером Кюри, привело к открытию в 1895 г. одного из самых основных законов магнетизма, который теперь носит имя Кюри.
Теоретические работы Ланжевена по магнетизму, сделанные в 1905 г. на основе работ Кюри, несомненно, заложили фундамент современной теории парамагнитных явлений. Как известно, они исходили из тех представлений статистической механики, которая была дана Больцманом и которая привела к известному закону распределения при заданной температуре в силовом поле. Этот закон был применен Ланжевеном для описания распределения направлений магнитных моментов атомов в намагниченном теле. Таким образом, не только был получен найденный Кюри температурный закон изменения намагничивания, но давалась также количественная связь магнитного момента атома с величиной магнитной восприимчивости.
В контакте с Ланжевеном и Кюри работал тогда Вейс. Его работы относились к изучению ферромагнетизма. Эти исследования следует рассматривать как классические, так как они выявили существование молекулярного поля и дали понимание процессов намагничивания, происходящих в ферромагнитных кристаллах.
Надо отметить, что у Вейса возникла идея существования «магнетона» — единицы магнитного момента атома. Он хотел подтвердить эту идею экспериментально, но в конечном итоге это ему не удалось, так как теоретический фундамент тогда был еще недостаточен. Хотя идея Вейса была правильна, свое теоретическое обоснование она получила лишь после создания на основе квантовой теории модели атома Бора.
Для вычисления величины магнетона метод, примененный Вейсом, был непригоден. Как известно, магнетон Бора был обнаружен и определен в классическом опыте Штерна и Герлаха по расщеплению молекулярного пучка в магнитном поле.
В то время считалось, что дальнейшее развитие исследований магнитных явлений нужно вести в двух основных направлениях. Первое — это увеличение интенсивности магнитного поля, второе — понижение температуры. Этими путями стремились достичь того, чтобы энергия взаимодействия атомов с магнитным полем была больше, чем тепловая. Очевидно, что при этом магнитные свойства вещества должны были выявляться более полно. Поэтому Вейс неизменно вел работы по усовершенствованию своего электромагнита: улучшалась форма ярма, для обмотки применялось водяное охлаждение, полюсные наконечники делались из кобальтовой стали.