Беседы об атомном ядре - [18]

Но самым примечательным было подмеченное учеными периодическое изменение и повторение некоторых свойств у тех ядер, которые имели число нуклонов, близкое к магическому. Тут уж сама собой напрашивалась аналогия между внутренним устройством ядра и строением самого атома.

Повторение химических свойств элементов в периодической системе связано с периодическим заполнением электронами все новых и новых оболочек. И атомы с заполненными оболочками наиболее устойчивы в химическом отношении (например, инертные газы). А что, если и магические числа нуклонов соответствуют количеству мест в нуклонных оболочках ядер?

Недолго думая, физики торжественно вытащили на свет божий оболочечную модель и немало подивились тому, что очевидное ее сходство с оригиналом не вызывает никаких сомнений, а теоретики немедля принялись развивать, подчищать и уточнять основные детали этой идеи оболочечного строения ядра. За обоснование и глубокую разработку нового взгляда на ядро немецкие физики М. Гепперт-Майер и И. Йенсен и были удостоены в 1963 году Нобелевской премии по физике.

В рамках этой модели считается, что протоны и нейтроны движутся в ядрах по определенным орбитам. И в том ядре, где число нуклонов совпадает с магическим, предполагают физики, как раз и заполняется очередная оболочка. Так проявляют себя «волшебники» — ядерные силы.

Но физики и здесь умудрились замаскировать ядерные силы под некое усредненное силовое поле, которое управляет нуклонами. Подобно тому как гравитационное поле Солнца управляет планетами, а электромагнитное поле ядра — атомными электронами.

Новое представление о поведении нуклонов позволило, наконец, впервые правильно вычислить магнитный и механический моменты ядер и объяснить некоторые другие свойства.

Этот успех привел к реабилитации понятия «состояние отдельного нуклона» и подтвердил тот факт, что протоны и нейтроны движутся в ядре в какой-то степени независимо друг от друга.

Но никто из авторов разных моделей ядра и не заикнулся об отмене сильного взаимодействия между протонами и нейтронами. Как же можно было говорить о каких-то орбитах нуклонов внутри невероятно плотного ядерного вещества?

Этот вопрос, абсолютно корректный по отношению к макрообъектам, оказывается чересчур прямолинеен и даже неуместен по отношению к объектам микромира.

К сожалению, понятий, адекватно отражающих то, что происходит в мире ядер, нет в нашем языке. Словосочетания «сильно взаимодействуют» и «не взаимодействуют», которыми за неимением более подходящих пользуются физики, выражают только отдельные моменты, выхваченные из свойственной представителям микромира особой, квантовой манеры поведения.

Конечно, протоны и нейтроны взаимодействуют друг с другом сильно, иначе, как легко догадаться, им никогда не создать крепко связанной системы — ядра. И капельная модель, не обращающая внимание на состояние отдельных нуклонов, всячески подчеркивала эту особенность ядерного вещества.

По оболочечной же модели ядерный коллектив нуклонов существует в раз и навсегда заданном мирке определенных квантовых отношений. И строгие законы этого мира, в частности принцип Паули, запрещают даже двум одинаковым частицам находиться в одном и том же состоянии.

Получается заколдованный круг. С одной стороны, нуклоны должны взаимодействовать друг с другом (и сильно!), чтобы создавать крепко связанные, прочные ядра. С другой — ядерные протоны и нейтроны не могут общаться между собой, потому что в результате любого контакта «кто-то теряет, а кто-то находит» энергию, и обе взаимодействующие частицы обязательно должны перейти в другие квантовые состояния. Но какие? Свободные места в ядре есть только на верхних оболочках, а более глубоко лежащие орбиты с меньшими энергиями никогда не пустуют. Куда же деваться той частице, которая при столкновении теряет энергию, оказывается в положении потерпевшей?

Вот и приходится считать протоны и нейтроны независимыми. Обреченные благодаря удачной маскировке ядерных сил на одиночество в плотной ядерной толпе себе подобных, нуклоны в то же время приобретают право на длительное перемещение по своим индивидуальным орбитам.

Два столь разных представления о ядре, по сути дела, непротиворечивы. И ядро-капля ядерного вещества, и идея об оболочечной структуре отражают вполне реальные, но противоположные черты в поведении этой уникальной системы из элементарных частиц.

— Не ядро, а прямо двуликий Янус!

— Увы, — крошечная сердцевина атома скорее напоминает «человека с тысячью лиц».

— Как же физики разбираются во всех этих «лицах»?

— Теоретики, как заправские модельеры, подбирают, а если не окажется подходящей, то создают новые модели для атомных ядер.

Атомные ядра в каждой конкретной ядерной реакции как будто проявляют себя с какой-то одной стороны. Тяжелые своим поведением напоминают каплю вязкой, несжимаемой жидкости, а более легкие демонстрируют независимость своих нуклонов друг от друга. Но детальное, глубокое исследование ядерных реакций опровергает это поверхностное впечатление. В ядре-капле часто проступают черты, определяемые оболочечной структурой. И наоборот, независимые нуклоны участвуют в коллективных движениях.