Беседы об атомном ядре

Чем сильнее число внешних частиц отличается от ближайшего магического, тем больше они деформируют поверхность капли. Эта деформация тут же сказывается на состоянии внешних протонов и нейтронов, потому что меняется то усредненное поле сил, которое создают все нуклоны капли.

Так впервые удалось увязать свойства отдельных нейтронов и протонов с их коллективными движениями в ядре. И сразу же получили объяснение многие экспериментальные результаты. В частности, выяснилось, что порядок заполнения оболочек в тяжелых ядрах зависит от состояния всей его системы нуклонов в целом.

Обобщенная модель атомных ядер и сегодня пользуется большой популярностью у теоретиков. За ее создание совсем недавно, в 1975 году, Дж. Рейнуотер, О. Бор и Б. Моттельсон были удостоены Нобелевской премии.

Но ядро — этот удивительно многоликий объект микромира — зачастую проявляет себя с такой необычной стороны, что и с помощью этой модели невозможно объяснить все нюансы в его поведении. И теоретики вынуждены были создавать бесконечные вариации уже известных моделей, в которых учитывались бы дополнительные взаимодействия между нуклонами, и искать все новые и новые подходы к объяснению необычных экспериментальных фактов. Например, ядро сравнивается с различными макроскопическими системами. И не только с такими, скажем, как жидкость, газ или кристалл, но и с таким необычным состоянием вещества, в каком пребывает гелий при сверхнизких температурах.

Более 60 лет физики тщательно изучают «лики» атомных ядер. Но до сих пор единого портрета, передающего все своеобразие этой трудно уловимой для художника-теоретика натуры, сделать не удалось. Единой теории ядра и сейчас еще не существует.

Профессор Я. Смородинский сказал, что «ядро представляет собой очень сложную систему, с которой придется еще много повозиться, пока станут ясными хотя бы основные закономерности».

А пока эти закономерности не прояснились, исследователи вынуждены использовать широкий набор приближенных представлений о ядрах. В этом смысле, как остроумно заметил кто-то из физиков, Храм науки можно было бы назвать Домом моделей.

Сейчас качественное объяснение в рамках той или иной модели получают практически все факты, добываемые экспериментаторами, но количественные соотношения установить удается довольно редко. Да и они еще ни о чем не говорят. По свидетельству самих теоретиков, удачно подобранной формулой с 5 параметрами всегда удается описать 50 произвольно заданных чисел с 5-процентной точностью. Сегодня теория только объясняет то, что делает эксперимент, редко правильно интерпретирует результаты и еще реже отваживается на какие-либо предсказания. Лидером в ядерной физике по-прежнему остается эксперимент.

Некоторые теоретики, правда, надеются, что, как только будут правильно заданы силы, действующие между двумя нуклонами, они смогут описать и все свойства ядерной материи.

Однако может оказаться, что выполнение этого условия относительно ядерных сил будет недостаточным для решения всей проблемы атомного ядра. Ведь не удалось же воссоздать свойства простейшей клетки на основе законов молекулярной биологии!

Другие полагают, что точное описание взаимодействия двух нуклонов, особенно при малых расстояниях между ними, в принципе невозможно, и подтверждение этому находят в экспериментах по рассеянию протонов на протонах и нейтронах.

Ну что ж, ситуация вполне научная, ибо, как сказал известный советский физик П. Капица: «Там, где кончаются сомнения, кончается наука».

Путешествия в глубь ядра

— Из рассказанного создается впечатление, что физикам довольно легко удалось установить контакт с ядром.

— Смотря что называть контактом. Сотрудники Э. Резерфорда уже в первых экспериментах по превращению азота в кислород имели дело с ядром.

— Ну, такое общение носило совершенно случайный характер. Интересно, как потом ученые разобрались в том, что такое ядро и какие необходимо применить для его исследования методы?

— История «взаимоотношений» ученых и атомного ядра похожа на описанную в романе С. Лема историю попыток землян установить контакт с планетой Солярис; в романе здесь периоды взлета чередовались с периодами падения интереса, разочарования — с надеждами.