Беседы об атомном ядре - [46]

Это была потрясающая новость даже для физиков, которые на многое уже нагляделись, изучая микромир. На одну и ту же порцию энергии, но поданную, так сказать, под другим «соусом», ядро и реагировало по-другому. При электромагнитном взаимодействии с гамма-квантами или электронами ядро на время, равное 10^–20 секунды, попадало в особое возбужденное состояние, при котором все протоны колебались относительно нейтронов.

Гамма-кванты и электроны, неизмеримо более осторожно повышающие тонус ядра, чем сильно взаимодействующие частицы, долгое время считались единственными инструментами, пригодными для столь тонкой операции. Но существует и еще более деликатный способ введения энергии в ядро — через слабое взаимодействие. Поглощая мю-мезон с мезоатомной орбиты, ядро, оказывается, почти незаметно для себя приобретает около 20 миллионов электрон-вольт.

Долгое время ученые отводили ядру только пассивную роль поставщика протонов для хорошо известной реакции этих частиц с мю-мезонами, происходящей по законам слабого взаимодействия. Число теоретических и экспериментальных работ, посвященных реакции ядерного мю-захвата, перевалило за сотню, когда появились первые сомнения в правильности такого подхода. Повысив точность расчетов, физики обнаружили, что полученное из опытов значение вероятности реакции мю-захвата почти вдвое отличается от величины, предсказанной теоретиками. Это противоречие требовало радикального изменения взгляда на саму суть процесса.

И вот осенью 1963 года на межвузовской конференции в Ужгороде группа теоретиков МГУ и Лаборатории теоретической физики ОИЯИ, возглавляемая профессором В. Балашовым, представила свою принципиально новую версию тех событий, которые происходят в ядре при захвате мю-мезона. Эта группа ученых смело утверждала, что ядру принадлежит решающая роль в дележе энергии между всеми участниками реакции и в способе усвоения доставшейся ему доли.

Как и при электромагнитном взаимодействии в случае поглощения гамма-квантов из синхротрона, ядерная система нуклонов на 10^–20 секунды переходила в квазисвязанное возбужденное состояние со сложными коллективными колебаниями одних комплексов частиц по отношению к другим. Быстрая раскачка нуклонов, выявляющая какие-то удивительные, упругие свойства ядерного вещества, по идее теоретиков, происходила при попеременном возбуждении всех нуклонов в ядре.

Частица, перескакивающая на более высокую оболочку, и оставленное ею пустое место в состоянии с меньшей энергией, так называемая «дырка», в определенной последовательности возникали в ядерном веществе. В результате непрерывного «дуэта» разных «дырок» и частиц все протоны и нейтроны оказывались вовлеченными в очень сложные согласованные передвижения. Протоны могли колебаться относительно нейтронов. Частицы с одним направлением момента количества движения имели возможность перемещаться относительно частиц с моментом противоположного направления. Теоретики предполагали, что возникают даже радиальные колебания всего ядерного вещества. Ядро как бы дышало, то увеличивая, то уменьшая свой размер. Физики так и назвали этот новый тип колебаний возбужденного ядра «дыханием».

Через 10^–20 секунды разбушевавшаяся ядерная капля успокаивалась и переходила в нормальное состояние после испускания нейтронов со строго определенной энергией.

Такое освещение событий, происходящих при слабом взаимодействии мю-мезона с ядром, подкупало тем, что вычисленное на его основе значение вероятности реакции захвата мю-мезона впервые совпало с его экспериментальным значением.

Проверить новую гипотезу можно было только одним путем: обнаружить группы нейтронов, появление которых в этой реакции она предсказывала.

За поиски нейтронов, вылетающих из мишени, облучаемой мю-мезонами, взялись физики-экспериментаторы Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ под руководством кандидата физико-математических наук В. Евсеева.

Интернациональная группа советских и польских физиков подготовила для работы на синхроциклотроне специальную установку для обнаружения нейтронов в реакции захвата мезонов атомными ядрами. В прозрачном кристалле стильбена, вещества, насыщенного водородом, пролетающий нейтрон передает свою энергию ядру атома водорода — протону. На движущийся заряженный протон прибор реагирует мгновенно. В стильбене возникает световая вспышка, которая, усиливаясь в особой лампе — фотоумножителе, превращается в электрический импульс.

Но световая вспышка может возникнуть в кристалле при попадании в него и любой посторонней заряженной частицы. Поэтому электрические импульсы от вспышек в приборе подвергались строжайшему контролю в уникальных электронных схемах, созданных специально для этого эксперимента. По форме импульса схемы надежно отсортировывали протоны от фоновых частиц. Затем электронный анализатор импульсов определял энергию этих протонов. А электронно-вычислительная машина по особой программе реконструировала спектр нейтронов по измеренному энергетическому спектру протонов.

Успешными оказались первые же опыты на ускорителе. Помещая мишени из серы, кальция или кислорода в пучок мю-мезонов, дубненские физики с волнением обнаружили долгожданные группы нейтронов. Эксперимент полностью оправдал надежды теоретиков.