Беседы об атомном ядре - [15]

И все-таки изменения нуклонов в ядре не настолько радикальны, чтобы ими можно было объяснить особые свойства ядерного вещества. Мука превращается в тесто благодаря воде и энергичным рукам хозяйки. И то и другое в микромире заменяют ядерные силы. На них же падает и полная ответственность за качество «ядерного теста».

Пока теоретики ломали копья, споря о том, как происходит ядерное взаимодействие и какими частицами перебрасываются нуклоны, экспериментаторы с помощью первых мощных ускорителей постепенно узнавали главные «кулинарные» секреты создания ядерного вещества.

Направляя ускоренные протоны на мишени из водорода и тяжелого изотопа водорода — дейтерия, — физики заставили нуклоны «разговориться». И те на понятном экспериментаторам языке рассеяния (отклонения одних частиц при столкновении с другими в разных условиях) поведали кое-что о ядерных силах.

После сложной обработки множества результатов измерений ученым удалось установить некоторые главные свойства ядерных сил, которые едва обозначившемуся образу атомного ядра придали большую четкость. Каковы же эти свойства?

Во-первых, ядерные силы не делают никакого различия между протонами и нейтронами и совершенно одинаково связывают любую пару нуклонов.

Во-вторых, от гравитационного и от электромагнитного взаимодействия ядерные силы резко отличает способность к насыщению.

Нуклоны в ядрах контактируют одновременно только с несколькими ближайшими соседями и совершенно не взаимодействуют (некоммуникабельны) со всеми остальными ядерными частицами. Ядерные силы резко обрывают свое действие на расстоянии 10^–13 сантиметра, что значительно меньше размера ядра, и создают крепко связанные между собой группки нуклонов. Так ядерные силы «замешивают» крутое ядерное вещество из протонов и нейтронов.

Подобное представление о ядре, опирающееся на известные из многочисленных экспериментов свойства ядерного вещества, помогло теоретикам объяснить результаты ядерных реакций и даже предсказать новые свойства ядер.

Надо заметить, что шли к этому представлению ученые по пути фантазии, догадок и интуиции. Путь этот не требовал срочной математизации ядерного взаимодействия. Надо было лишь догадаться, на что похоже ядерное вещество. Перефразируя слова выдающегося французского мыслителя Ш. Монтескье, можно сказать, что задача состояла в том, чтобы узнать подобие разных вещей и разницу подобных.

— Не представляю себе, как ядро, такой уникальный, по вашему заявлению, объект, может быть похожим на что-либо, кроме как на самого себя?

— Мы же убедились в том, что имеет смысл говорить о ядре как о кусочке вещества с определенной плотностью. Следовательно, нет ничего удивительного и в том, что однажды оно показалось теоретикам в чем-то похожим на обычную каплю воды.

— Это шутка?

— Нет. Оснований для подобной аналогии не так-то уж мало.

Ядро, воображаемое в виде капли ядерного вещества, и капля воды похожи даже внешне. Большинство ядер имеет сферическую или близкую к ней форму. Но такая же форма наиболее выгодна энергетически и для капли воды: в этом случае ее поверхность минимальна.

А заглянем внутрь этих систем! Вода — несжимаемая жидкость с определенной плотностью. Плотность постоянна и у ядерного вещества, кстати, тоже несжимаемого. Капля воды состоит из большого числа отдельных молекул; ядро — из протонов и нейтронов. Аналогия частично распространяется также на свойства связей между внутренними элементами в этих столь различных системах. Действующие между молекулами воды химические силы — единственные в природе, которые обладают тем же свойством насыщения, что и ядерные.

Подобные факты, наверное, не могут не убедить и самого заядлого скептика. «Но к чему все эти сравнения?» — спросит он.

А вот к чему. Единственная цель поисков чего-то общего между ядром и каплей состояла в том, чтобы, опираясь на эту аналогию, вычислить массу ядра, объяснить результаты ядерных реакций. То есть обойти главный недостаток ядерной физики — незнание закона ядерного взаимодействия.

Как только было доказано, что ядро аналогично капле воды, стало возможным пытаться примерять к нему и другие особенности этого макрообъекта и самую главную — поверхностное натяжение в капле.

Частицы воды, образующие поверхность капли, притягиваются внутренними молекулами и как бы стягивают эту поверхность, создавая вдоль нее натяжение. А может быть, и свойства ядра-капли тоже можно описать с помощью поверхностного натяжения?

А почему бы и нет! В этом-то и заключается изюминка капельной модели ядра!

Ядерные силы — короткодействующие. Значит, нуклоны на поверхности ядра так же испытывают притяжение со стороны внутренних частиц и тоже создают поверхностное натяжение. Следовательно, ядерные силы вполне можно представлять себе как поверхностное натяжение в ядре-капле.

С точки зрения взаимодействий между нуклонами ядро — это ринг, на котором постоянно противоборствуют электростатическое отталкивание и ядерное притяжение. Стабильное ядро — это ринг, где все раунды оканчиваются победой сил притяжения.

В теоретическом образе ядра-капли против электростатического отталкивания протонов, которое стремится разорвать каплю, выступает поверхностное натяжение.