Беседы об атомном ядре - [17]

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.

Подобное построение ядра казалось чрезвычайно искусственным и не соответствующим действительности, а модели Бартлетта, которая была названа оболочечной, не удалось завоевать сердца физиков ни через год, ни через два; они были отданы другой…

В течение 16 лет «карикатура» Бартлетта считалась злым шаржем и покрывалась пылью на полках «запасника». Но со временем все чаще и чаще на нее приходили взглянуть… экспериментаторы.

Дело в том, что от случая к случаю они получали такие результаты, которые могли охладить пыл самых ревностных почитателей модели жидкой капли.

Опустив в карман пять монеток по десять копеек, каждый может утверждать, что у него есть полтинник. Следуя этой привычной логике, естественно было ожидать, что и магнитные, и механические моменты количества движения всех ядерных нуклонов тоже складываются. Но вычисления приводили к несуразностям. Измеренные на опыте магнитный и механический моменты количества движения атомных ядер не имели ничего общего с предполагаемыми значениями.

Ученые искренне считали, что простое сложение моментов нуклонов согласуется с моделью жидкой капли, а оказалось, что вопрос о величине механического и магнитного моментов ядра невозможно решить, используя эту модель. Вот тогда-то бартлеттовская «карикатура» на ядро и показалась физикам уже гораздо симпатичнее, чем раньше. Они подумали: что, если затруднения в определении величин магнитных и механических моментов ядер связаны с тем, что протоны и нейтроны не теряют в ядре свою индивидуальность, и, следовательно, имеет смысл говорить о состоянии отдельного нуклона? Возможно, ядро имеет и внутреннюю структуру, благодаря которой магнитные и механические моменты нуклонов оказываются определенным образом ориентированными относительно друг друга!

В начале 50-х годов накопилось столько несогласующихся с капельной моделью экспериментальных фактов, что к этому времени она всем стала казаться далеко не всемогущей. Обнаружили, что ядра, содержащие 2, 8, 20, 28, 50, 82 и 126 протонов или нейтронов (эти числа прозвали в шутку «магическими»), обладают особыми свойствами. Они, эти ядра, отличаются особой устойчивостью по сравнению с другими. Но рекордсменами устойчивости являются владельцы дважды магических чисел нуклонов. Например, изотопы гелия-4 (два нейтрона и два протона), кислорода-8 (восемь протонов и восемь нейтронов), свинца-82 (82 протона и 126 нейтронов) и некоторые другие. Элементы, ядра которых содержали магические числа нуклонов, оказались распространенными в солнечной системе.