Под знаком кванта.

Прежде всего, было нелегко признаться самому себе, что трехлетний напряженный труд по поиску трансурановых элементов (круглосуточное — в три смены — дежурство у счетчиков) оказался напрасным. Кроме того, признавая это публично, он невольно ставил в ложное положение Лизе Мейтнер, поскольку опровергал результаты их совместных работ, но уже без нее. И, наконец, непросто было признать и частичную правоту Ирэн Жолио-Кюри с ее «лантаноподобным веществом», которое в Берлине называли не иначе, как «кюрьозий». И все же научная честность и профессиональная добросовестность победили...

ГЛАВА 15

Книга, написанная иероглифами, вызывает у большинства людей лишь поверхностный интерес или легкое недоумение: неужели без них нельзя обойтись? И почему японцы (или китайцы) до сих пор не перешли на буквенное письмо? Однако для специалиста-востоковеда, а тем более для жителей Японии и Китая иероглифы — это не просто средство передачи информации, они хранители истории и культуры народа. В них непостижимым образом уместились не только понятия, им соответствующие, но также история их возникновения и даже отношение к ним людей: бывают «плохие» и «счастливые» иероглифы, и существуют целые картины, состоящие из одного-единственного иероглифа. Понятно, что словами содержание такой картины можно пересказать лишь приблизительно.

Природу «атомного огня» удается объяснить только на языке квантовых понятий. Чтобы однозначно закрепить их смысл, изобретена система символов, которые чем-то сродни иероглифам. Несколько таких иероглифов мы уже знаем. Например, при виде символа волновой функции ψ у нас в сознании возникает целая совокупность образов и ассоциаций: от бесформенной волны-частицы до строгих рядов формул, ее представляющих. Теперь нам предстоит усвоить еще по крайней мере три «квантовых иероглифа»: туннельный эффект, сечение реакции, квантовый резонанс. Без них дальнейшее изложение если и не лишено интереса, то в значительной мере бесполезно.

ТУННЕЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ

Явление радиоактивности открыл Анри Беккерель в 1896 г. Шесть лет спустя, в 1902 г., Резерфорд и Содди объяснили его суть: самопроизвольный распад ядер, при котором выделяется огромная энергия. Об истинном источнике этой энергии стали догадываться в 1913 г., но лишь десять лет спустя, после работ Астона, гипотеза о внутриядерном происхождении энергии вылетающих α-частиц была надежно доказана. К этому времени Резерфорд осуществил искусственную трансмутацию элементов, и все постепенно привыкли к мысли, что ядро, так же как и атом, имеет сложное строение. И хотя о внутренней структуре ядра знали по-прежнему мало, никто не сомневался в том, что α-частицы вылетают из ядер. Однако это знание, или, точнее, убеждение, мало что проясняло. По-прежнему оставалось непонятным:

Почему α-частицы вылетают из ядра? (Ведь они там так прочно связаны!)

Чем объяснить моноэнергетичность вылетающих α-частиц?

От чего зависят периоды полураспада ядер и почему они столь различны?

Чем определяется время и место распада ядер?

В 1928 г., через 3 года после создания квантовой механики и через 32 года после открытия явления радиоактивности, на эти вопросы ответили почти одновременно русский физик Георгий Антонович Гамов (1904—1968) и американские ученые Рональд Уилфрид Гёрни (1899—1953) и Эдвард Кондон (1902—1974). Их идея отличалась простотой и смелостью: они предположили, что движение α-частицы в ядре, подобно движению электронов в атоме, подчиняется уравнению Шрёдингера

Многое в этом уравнении нам уже знакомо: ℏ — это постоянная Планка, деленная на 2π, т — масса α-частицы, Е — ее энергия, ψ=ψ(x) —волновая функция, описывающая движение α-частицы в потенциальном поле V(х) на расстоянии х от центра ядра. Надо честно признаться, что и сегодня, несмотря на все успехи ядерной физики, истинная природа ядерных сил, а потому и точная форма потенциала V(x) неизвестна. Мы знаем только, что ядерные силы — притягивающие, короткодействующие и очень мощные: они в десятки раз превышают силы кулоновского отталкивания между α-частицей и ядром, однако простираются лишь на расстояния 10^-13—10^-12 см, то есть в десятки и сотни тысяч раз меньшие, чем размеры атомов.

Общий вид потенциала V(х) изображен на рисунке. Вне ядра α-частица отталкивается кулоновским полем V(х)= 2Ze²/x ядра Z. На границе ядра, при х = r₀, отталкивание сменяется притяжением, α-частицы движутся в узкой и глубокой потенциальной яме и от внешнего мира отделены потенциальным барьером. Оказалось, что даже этих знаний о потенциале V(х) достаточно, чтобы понять основные закономерности α-распада ядер.