Беседы об атомном ядре - [23]
Главная тема поначалу звучала очень неуверенно. Неудачной была заданная экспериментаторами форма для ее выражения: рассеяние протонов на ядрах. Протоны рассказывали обо всем увиденном куда менее вразумительно, чем электроны. В общем, результаты не противоречили тому, что уже было известно. В деталях же невозможно было разобраться из-за незнания законов ядерного взаимодействия. И этот важнейший инструмент исследований в физике элементарных частиц — протоны больших энергий — некоторое время использовался только в роли подсобного при изучении атомных ядер. Так продолжалось до тех пор, пока экспериментаторы не нашли для протонов тот жанр, в котором в полную силу заиграла их главная тема — сильное взаимодействие.
Ядерное вещество в максимальной степени «прозрачно» для протонов с энергией от 500 до 700 миллионов электрон-вольт. Они проникают на любую его глубину, прекрасно различают отдельные частицы и вступают с ними в ядерные реакции. Не рассеяние, а прямое взаимодействие с отдельным ядерным протоном, передача только ему части энергии — вот какая реакция превратила быстрые протоны в особый, незаменимый зонд ядерной структуры. Физики обозначают реакции такого типа символом «р; 2р», что означает: на ядро падает ускоренный протон и выбивает из него другой. В итоге ядро покидают два протона.
Но не всякий протон, выбитый из ядра, может сообщить что-то интересное о порядках, действующих в ядре, например о его оболочечной структуре. Если в реакцию с влетающим протоном-снарядом вступает все ядро в целом, то вылетающий при этом протон безнадежно обезличен. Он уже не знает, какое состояние и с какой энергией занимал в ядре.
Экспериментаторов же интересует такая реакция, когда протон-снаряд передает энергию непосредственно одному из ядерных протонов. Само ядро уже никоим образом не вмешивается в дележ энергии между двумя нуклонами. Регистрируя энергию двух, покидающих ядро протонов, одновременно попадающих в счетчики, и угол разлета между ними, физики легко могут рассчитать, какую энергию имел ядерный протон до столкновения.
Пятнадцать лет напряженной работы принесли свои плоды — экспериментаторы получили пространственное распределение протонов в различных ядерных оболочках для многих атомных ядер.
В реакции «р; 2р» ученым удалось даже измерить энергию, которую надо затратить для «ядерной ионизации» каждой оболочки, то есть для вырывания из нее протона.
Положение всех нуклонов в обществе под названием «оболочки» было наконец установлено абсолютно твердо. Результаты экспериментов полностью подтвердили расчеты, выполненные по этой модели. Радиус ядра, полученный путем суммирования распределения протонов во всех оболочках, совпал в пределах одного процента с измеренным в опытах по упругому рассеянию электронов.
Но экспериментаторы не закрывали глаза и на другие обстоятельства. Довольно часто быстрый протон передавал часть своей энергии не одному-единственному протону, а выбивал из ядра целую группу крепко связанных нуклонов — кластер, как ее называют физики.
Подобно сгусткам, напоминавшим земные предметы, которые наблюдал пилот Бартон в глубинах океана Соляриса, в ядерном веществе физики с помощью протонов находили образующиеся на короткое время разнообразные сгущения из нуклонов.
Случайно сближаясь между собой, протон и нейтрон иногда создают сгусток, похожий на ядро изотопа водорода — дейтерия, а два нейтрона и два протона ненадолго слипаются в комок, напоминающий альфа-частицу — ядро гелия-4. Отличаются эти временные образования от обычных ядер такого же типа лишь весьма малыми размерами.
Эта динамическая, кластерная структура ядра представляет собой не что иное, как возникновение сверхплотных комочков нуклонов в сравнительно однородном ядерном веществе.
В неумело сваренном киселе плотные комки вполне можно считать косвенным доказательством того, что это блюдо может быть приготовлено и более густым.
А не может ли в принципе быть погуще и ядерное вещество?
Казалось бы, может. Ядерные силы притяжения в состоянии заставить все ядерные частицы коллапсировать, сжиматься в один сверхплотный комок с размерами порядка их радиуса действия. Однако нуклоны только изредка реализуют эту возможность, образуя кластеры. Ученые объясняют этот интереснейший и очень важный факт, в частности, тем, что на очень близком расстоянии, приблизительно равном половине радиуса действия притяжения, нуклоны начинают с огромной силой отталкиваться.
Эта идея впервые высказывалась уже в конце 30-х, в 40-х годах. Тогда ей уделялось очень мало внимания, так как ученые считали, что она противоречит представлению о простой структуре элементарной частицы. Но когда это представление развеялось «как дым, как утренний туман», и потрясенные своими открытиями физики вынуждены были даже отказаться от использования эпитета «элементарные» в первую очередь по отношению к протонам и нейтронам, то идея об отталкивании между ними на малых расстояниях обрела права гражданства. Эту гипотезу подтверждали и результаты экспериментов по рассеянию протонов на протонах.
