Беседы об атомном ядре

Казалось, мезонная теория ядерных сил исчерпала свои возможности. Но в последнее время появились новые надежды. Оживление в рядах создателей теории было связано с открытием в эксперименте на ускорителях более тяжелых, чем пи-мезоны, векторных мезонов. Это были долгожданные партнеры пи-мезонов, частицы, которыми нуклоны, по-видимому, обмениваются на самых малых расстояниях. Пока количественного описания обмена этими частицами получить не удалось, но теоретики продолжают упорно работать в этом направлении.

А линия фронта ядерной физики все удлинялась. Исследования на ускорителях элементарных частиц дополнялись опытами, поставленными на ускорителях тяжелых ионов. Результаты, полученные в лабораториях, сравнивались с результатами поисков сверхтяжелых ядер в космических лучах и на дне океанов и наблюдений за астрономическими объектами галактик.

Потребность даже не в предсказании новых явлений, а хотя бы в объяснении уже известных, была чрезвычайно острой. Все поглядывали на теоретиков, ждали от них слова, надеялись, что теория вот-вот приступит к выполнению своих обязанностей. Но время шло, а теория молчала.

Физики заложили основу науки о микромире из теории относительности, квантовой механики и других фундаментальных законов и принципов. На этой основе они и должны были создать строгую, математически безупречную теорию атомного ядра.

Попытки протянуть непрерывную цепь аналитических выражений от общих физических законов до предсказания конкретных ядерных явлений не удались. И многие теоретики, махнув рукой на желанную респектабельность теории, стали искать более короткие пути к цели.

Не задумываясь о сущности механизма взаимодействия между протонами и нейтронами, они подбирали для него такие математические выражения, управляя которыми с помощью многочисленных произвольных параметров, можно было удачно описать характер взаимодействия двух нуклонов и рассчитать различные ядерные свойства.

Другой путь, тоже в обход строгой теории, проложили те, кто решил вообще не заниматься выяснением природы связей между составными элементами ядра, а сумел увидеть в нем нечто цельное — ядерное вещество. Они попытались объяснить экспериментальные результаты, исходя из самых общих его свойств.

— Неужели разумно говорить о каком-то особом ядерном веществе, словно у него есть собственный вкус или цвет?

— В некотором смысле все атомные ядра сделаны из материала одного и того же артикула.

— Но ядра же состоят из протонов и нейтронов; при чем здесь артикул?

— И все-таки ядро можно вообразить частицей вещества, отдельные качества которого действительно напоминают привычные свойства окружающих нас вещей.

Первыми, кто высказал предположение, что ядро — это кусочек своеобразного ядерного вещества, были экспериментаторы, открывшие атомное ядро.

Специализации по ядерной физике среди теоретиков тогда не существовало. Первооткрыватели работали по принципу самообслуживания: кто обнаружил новое явление, тот сам должен ставить опыты для его изучения, сам обдумывать полученные результаты.

Физики, обнаружив атомное ядро, добросовестно принялись исследовать новый объект. И прежде всего попытались получить ответы на самые простые из вопросов, приходивших в голову.

С помощью альфа-частиц, этого первого незамысловатого инструмента ядерной физики, удалось измерить электрические заряды атомных ядер. Затем, учитывая предрасположение альфа-частиц к ядерному притяжению, решили использовать их для того, чтобы узнать, какую область пространства занимает атомное ядро. Повозившись с одним-другим веществом, справедливо решили, что ядро ядру рознь; и не может, например, тяжелое ядро урана уместиться на том же крошечном пятачке, что и ядро легкого элемента. Перемерив размеры многих ядер, получили простую, но интереснейшую формулу. Словами ее можно было пересказать так: объем любого ядра пропорционален числу всех его нуклонов.

Конечно, эта скучная и сухая фраза не раскрывает, а скорее затушевывает скрытую в ней сногсшибательную новость. Но не надо слишком вдумываться в смысл полученного экспериментаторами результата, чтобы понять его так: на каждый нейтрон и на каждый протон в любом ядре приходится один и тот же объем.

Значит, можно говорить о ядерном веществе, как об особом материале, не имеющем, правда, специфического вкуса или запаха, но обладающем постоянной плотностью — свойством, которое присуще обычному веществу.

Итак, ядерное вещество — не фикция, а объективная реальность. И легкие и тяжелые ядра оказались только большими или меньшими изделиями из одного и того же материала, главное качество которого — плотность — не зависело от количества нуклонов в ядре.