Секрет заключался в получении достаточной энергии для расщепления ядер атомов. Хотя первоначальные расчеты показывали, что количество энергии, необходимой для разделения ядра, получить невозможно, некоторые исследователи не пасовали перед этими пессимистичными оценками, и среди них был Петр Капица. Побывав в Кавендишской лаборатории в 1921 году, он остался работать с Резерфордом, и их сотрудничество длилось в течение 15 лет.

Это совершенно необыкновенный физик и весьма оригинальный человек.

Слова П. Л. Капицы, демонстрирующие его восхищение своим учителем Э. Резерфордом

Капица был очень активным и хорошо умел убеждать, так что на его проекты Резерфорд выделял большие суммы, чем на проекты других членов команды. Этот факт дифференцированного подхода к участникам группы вызвал не один возглас недовольства. При этом Капица устраивал неформальные встречи ученых для обмена мнениями. В его клубе царила расслабленная атмосфера, и именно здесь Чедвик впервые рассказал об открытии нейтрона. Капица состоял в отличных отношениях с Резерфордом и был одним из немногих, кто мог шутить и критиковать его идеи в его присутствии. Оба они разделяли одну концепцию науки и связи теории с практикой. Для Капицы "отделение теории от практики, от экспериментальной работы негативно сказывалось на самой теории". Капица ясно понимал, что для исследования материи нужно было получить очень интенсивные магнитные поля, для этого требовались мощные динамо-машины. Благодаря генерируемым магнитным полям можно было изменить траекторию любых частиц, имеющих электрический заряд. Он добивался самых мощных магнитных полей в свою эпоху, его результат смогли превзойти только через несколько десятилетий. Исследования Капицей магнитного поля были использованы Уолтоном и Кокрофтом для создания ускорителя частиц.

Британский физик Джон Дуглас Кокрофт (1897-1967), ассистент Капицы в лаборатории Монда, получил математическое образование и работал также в электропромышленности. Этот опыт сыграл важнейшую роль, когда он перешел в Кавендиш- скую лабораторию. Ирландский физик Эрнест Томас Синтон Уолтон (1903-1995) специализировался на гидродинамике. Он был восхищен исследованиями Резерфорда, и несмотря на то что ему не хватало опыта и необходимых знаний о строении атома, он был убежден, что ускоритель частиц станет величайшим проектом эпохи, поэтому хотел участвовать в нем. В 1927 году он показал Резерфорду одну из своих работ, связанную с цилиндрами и течениями воды, сделанную благодаря стипендии имени Всемирной выставки 1851 года (той, которую в свое время получил Резерфорд). Профессор убедился, что сотрудничество будет успешным.

Совместная деятельность Резерфорда, Кокрофта и Уолтона продолжалась пять лет, и ее целью было искусственное деление атома с помощью ускорителя частиц (см. Приложение Б). Сначала они работали вместе с Капицей и пытались ускорить электроны, используя высокое напряжение. Казалось, что для получения результата надо задействовать напряжение в несколько миллионов вольт, и задача выглядела недостижимой. Но Кокрофт прочитал работу советского физика и астрофизика Георгия Гамова (1904-1968), в которой говорилось, что достичь такой цели можно с меньшим напряжением. Гамов пришел к выводу, что учитывая квантовые феномены, частицы, которые априори не имеют достаточной энергии, чтобы вылетать из ядра согласно классическим законам физики, на самом деле могут достигнуть своей цели благодаря так называемому "туннельному эффекту". Цель команды стала реальной.

Когда в 1932 году Чедвик открыл нейтрон, казалось, что был обнаружен последний фрагмент пазла. Найденная частица дополняла открытие электрона. сделанное Томсоном, и открытие протона, сделанное Резерфордом. Создалось впечатление, что открыты самые элементарные компоненты материи. Однако развитие ускорителей частиц в 1950-х привело к возникновению идеи, что ядерные частицы — протоны и нейтроны — имеют некоторую внутреннюю структуру. Это означало возможность существования более фундаментальных частиц. В 1964 году американский физик Марри Гелл-Ман в ответ на экспериментальные данные ввел понятие кварка. Дальнейшие исследования позволили установить, что имеется шесть типов (их еще называют "ароматы") кварков: верхний (u), нижний (d), очарованный (с), странный (s), верхний (t), нижний (b). Согласно Гелл-Ману. когда кварки объединены в триаду, они генерируют протоны и нейтроны (то. что называется также "барионной материей"). Например, комбинация двух верхних кварков и одного нижнего составляет протон; одного верхнего кварка и двух нижних — нейтрон (см. рисунок ниже).

В любом случае кварки не были единственными элементарными частицами. открытыми тогда. В 1937 году исследование космического излучения позволило обнаружить новую частицу, которую назвали мю. или мюон. Так же как у электрона, у нее был отрицательный заряд, но она была в 200 раз тяжелее. В 1975 году к ней добавилась частица тау, также отрицательно заряженная, но в 3500 раз более тяжелая, чем электрон. Электроны, мюоны и частица тау стали называться пептонами. К этой группе также относятся три типа нейтрино, каждый из которых симметрично компенсирует предшествующие частицы: электронное нейтрино, мюонное нейтрино, тау-нейтрино. Кроме этих частиц, физики указали на существование частиц, появляющихся при взаимодействии частиц между собой. Самая известная из них — фотон, к которой нужно добавить глюон, возникающий при сильных взаимодействиях и объясняющий причину, почему ядерные частицы крепко связаны между собой и преодолевают электростатические силы отталкивания. Частицы, возникающие при взаимодействии, называют бозонами, к перечисленным бозонам нужно добавить бозоны W и Z, появляющиеся при слабых взаимодействиях (в таблице показаны эти "новые" элементарные частицы). Когда Резерфорд и Томсон приоткрыли завесу, скрывавшую элементарные частицы атома, никто не мог предположить, что за ней будет обнаружен кипящий котел частиц.

Уолтон и Кокрофт взялись за дело, и в 1928 году в подвал Кавендишской лаборатории стали приходить первые детали для ускорителя частиц. В этот период между несколькими лабораториями в разных частях света началась ожесточенная конкуренция.

В начале 1930 года насчитывалось не менее пяти участников в этой гонке за ускорением частиц и за возможностью продолжать разгадывать атомное ядро. Только в Соединенных Штатах, например, было несколько проектов, один из них под руководством Эрнеста Лоуренса в Калифорнийском университете.

Петр Леонидович Капица (1894-1984) родился в Кронштадте, его отец был военным, а мать учительницей. Он учился на инженерном факультете в университете Петрограда и пережил революцию. Его жена и двое детей умерли в 1918 году от ужасной пандемии гриппа, которая в тот год коснулась многих стран по всему миру. В 1919 году Капицу пригласили на работу в университет. Два года спустя его включили в университетскую делегацию, которая должна была проехать по всей Европе, собрать материалы и обменяться идеями с коллегами. Попав в Кавен- дишскую лабораторию, Капица остался работать с Резерфордом. Он получил докторскую степень в Кембридже в 1923 году и был назначен ассистентом директора по магнитным исследованиям. В 1929 году он стал членом Королевского общества. Капица открыто говорил о своей родине и поддерживал связь с Советским Союзом, ему удавалось совмещать успешную профессиональную карьеру и постоянные поездки домой. Резерфорд поставил ему только одно условие: запрет на разговоры о политике в лаборатории. Капица убедил Резерфорда в необходимости построить лабораторию для своих исследований. Резерфорд согласился использовать часть средств из бюджета Королевского общества на строительство, и в 1932 году началось возведение лаборатории Монда Королевского общества. На одной из ее стен Капица попросил изобразить крокодила в честь своего учителя, воплотившего в жизнь его мечты о блистательной научной карьере. На самом деле он и наградил этим ласковым прозвищем Резерфорда. В новой лаборатории Капица создал первый ожижитель гелия. В 1978 году это исследование принесло ему Нобелевскую премию за открытия в области магнетизма, жидкого гелия и физики низких температур.