Беседы об атомном ядре

Нейтрон, поглощенный ядром урана, приносит в ядро дополнительно всего 8 миллионов электрон-вольт энергии. Эта энергия ничтожна по сравнению с той, что содержится в самом ядре, но она нарушает условия поединка двух могущественных противников — электромагнитного отталкивания и ядерного притяжения, и раунд заканчивается победой отталкивания.

Нечто аналогичное делению ядра происходит в определенных условиях и с каплей воды или другой несжимаемой жидкости.

Если каплю воды, взвешенную в масле, слегка деформировать, то, несколько растянувшись поначалу, она опять вернется к исходной форме шара. Более сильное воздействие может растянуть каплю настолько сильно, что в конце концов она разорвется пополам. А тяжелое ядро урана-235 никогда не имело идеальной сферической формы. Победа ядерным силам давалась с большим трудом и готова была смениться поражением. 8 миллионов электрон-вольт, подаренные ядру тепловым нейтроном, как удар по ядерной капле, усиливали ее деформацию. Капля приобретала продолговатую форму, и электростатическое отталкивание на концах капли начинало преобладать над силами притяжения. В ядерной капле появлялась перетяжка, и ядро делилось на две части.

Известный датский физик-теоретик Н. Бор со своим сотрудником Дж. Уиллером на основе капельной модели ядра создали теорию деления урана. Вооруженные капельной моделью, теоретики решились даже на предсказание нового ядерного явления. Если ядро урана делится пополам только из-за того, что дополнительный нейтрон усиливает его деформацию, то оно вполне может разделиться и само по себе. Даже случайная перегруппировка движущихся нуклонов может стать причиной развала ядра урана. И предсказание оправдалось!

Молодые советские физики К. Петржак и Г. Флеров вскоре обнаружили, что ядра урана действительно способны к самопроизвольному делению.

Образ ядра-капли полонил воображение ученых. Первые успехи окрыляли, вселяли надежду на объяснение и других свойств атомных ядер. Но прошло некоторое время, и обнаружились слабые стороны капельной модели ядра.

— Видимо, физики слишком понадеялись на сходство ядра с каплей воды?

— Точнее сказать, теоретики пытались «выжать» из капельной модели больше того, что она могла дать. Например, эта модель, как выяснилось, неспособна объяснить «магические» числа нуклонов.

— Неужели в образовании ядер участвуют не только ядерные силы, но еще и магия?

— Экспериментаторы обнаружили такие свойства ядер, которые позволили теоретикам представить эти объекты совсем иными, совершенно непохожими на каплю ядерного вещества.

Знаменитые мистификаторы позавидовали бы богатым возможностям ядерных сил морочить физикам головы. Я. Френкель говорил, что «…физик-теоретик подобен художнику-карикатуристу… Хорошая теория сложных систем должна представлять лишь хорошую „карикатуру“ на эти системы, утрирующую те свойства их, которые являются наиболее типическими…»

Изображение ядра в виде капли жидкости как нельзя более отвечало этим требованиям. Казалось, что ничего лучшего создать и невозможно. Капельная модель ядра освобождала физиков от забот, связанных с необходимостью каким-то образом фиксировать состояния отдельных ядерных нуклонов. Можно было забыть о них и о треклятых ядерных силах. Удачно найденная модель разрешала вообще не задумываться над проблемой внутренней структуры ядра. Действительно, в несжимаемом ядерном веществе, имеющем огромную плотность, непрерывно сталкивающиеся нуклоны должны были так сильно взаимодействовать друг с другом, что понятие «состояние нуклона в ядре» теряло всякий смысл.

Однако на одну и ту же натуру каждый художник смотрит по-своему. Один и тот же пейзаж воплощается в совершенно разные картины. Трудно было ожидать, что и ядро всем физикам представится в одном и том же свете. Несмотря на то, что первая «карикатура» на него многими была признана изумительно точной, кое-кто думал иначе.

Уже через 2 года после возникновения идеи о ядре-капле американский физик Бартлетт предложил свой оригинальный набросок, свое видение ядра. К сожалению, это было сделано не вовремя. Успех, выпавший на долю капельной модели в объяснении альфа-распада и реакции деления ядер урана, сделал всех просто неспособными обратить серьезное внимание на предложенную новую картинку.

Возможно, восприятию ее мешало одно существенное обстоятельство. В новой модели нейтроны и протоны размещались в ядре не равномерно, а, наоборот, в каком-то определенном порядке — группировались по особым оболочкам.