Олег Фейгин - Цепная реакция. Неизвестная история создания атомной бомбы

В 1942 г. Фейнман защитился в Принстонском университете, получив степень доктора философии, и продолжил там работать свободным исследователем. В 1940-х гг. принял самое непосредственное участие в создании ядерного оружия, проведя много уникальных исследований в Лос-Аламосской лаборатории. В 1950-е гг. профессорствовал на кафедрах физики Корнелльского университета и Калифорнийского технологического института в Пасадене. Основные работы Фейнмана связаны со специальными вопросами квантовой электродинамики, квантовой механики и статистической физики. С помощью созданной Фейнманом современной версии квантовой электродинамики ученым удалось успешно преодолеть многие трудности, связанные с применением квантовой механики в теории взаимодействия электронов и других заряженных элементарных частиц с электромагнитным полем.

В конце 1940-х гг. ученому удалось разработать оригинальные схемы, иллюстрирующие возможные превращения элементарных частиц. Они были названы «диаграммы Фейнмана». В 1958 г. совместно с М. Гелл-Манном Фейнман предложил новую количественную теорию слабых взаимодействий, а в 1969 г. – новую модель нуклона. В 1972 г. он создал полуфеноменологическую картину генерации новых частиц при их столкновениях и разработал метод интегрирования по траекториям квантовых объектов. В последние годы Фейнман занимался разработкой теории квантованных вихрей в сверхтекучем гелии и настойчиво делал попытки применить методы теории возмущений в задаче квантования гравитационных полей. Кроме всего прочего, он был замечательным педагогом и одним из создателей знаменитого университетского курса лекций по физике.

Фейнман – Нобелевский лауреат 1965 г. по физике «за фундаментальный вклад в развитие квантовой электродинамики, имевший глубокие последствия для физики элементарных частиц».

Выдающийся американский физик-теоретик родился в Нью-Йорке, в семье иммигрантов из Черновцов. После окончания средней школы в возрасте 15 лет успешно поступил в Йельский университет, а затем в аспирантуру Массачусетского технологического института, где и защитил докторскую диссертацию по физике. В 1952 г. перешел в Чикагский университет, где работал с Энрико Ферми. В возрасте 23 лет положил начало «кварковой» революции в физике элементарных частиц, опубликовав основополагающую работу по новым характеристикам микрочастиц – «странностям» и «очарованиям».

Классифицируя новые частицы, Гелл-Манн в 1964 г. предложил особую группировку элементарных частиц, из которой выросли кварковые модели. В них вводились кварки – очень необычные субэлементарные частицы, из которых состоят адроны. Название «кварк» Гелл-Манн взял из романа известного мистика Джеймса Джойса «Поминки по Финнегану», где в одном из эпизодов есть фраза «Три кварка для мистера Марка!» Кварки вскоре были признаны основополагающими составляющими элементарных частиц и прочно вошли в современную теорию кваркового взаимодействия, которая называется квантовой хромодинамикой (КХД) и во многом основывается на работах Гелл-Манна. Кроме того, в сотрудничестве с Ричардом Фейнманом ему удалось впервые прояснить природу электрослабого внутриядерного взаимодействия. В 1990-х гг. прошлого века Гелл-Манн занялся новой проблемой сложных систем и по результатам своих исследований написал популярную книгу «Кварки и ягуар: приключения в простом и сложном». Название книги взято из абстрактно-мистической поэмы Артура Шжэ, где повторяется рефрен: «Мир кварка непосредственно связан с ягуаром, мечущимся в ночи».

Абсолютно черное тело (АЧТ) – физическая абстракция, введенная Густавом Кирхгофом в 1862 г. и широко применяемая в термодинамике как идеализированное тело, поглощающее все падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах и ничего не отражающее. Спектр излучения АЧТ определяется только его температурой. В классической теории излучения анализ спектра АЧТ привел к парадоксу «ультрафиолетовой катастрофы», решенной с помощью гипотезы квантов действия Макса Планка.

Адроны — микрочастицы, включающие барионы с полуцелым спином, состоящие из трех кварков, и мезоны обменного вида, участвующие в сильных ядерных взаимодействиях.

Альфа-распад – радиационный распад атомных ядер с испусканием альфа-частиц – ядер атомов гелия, состоящих из двух протонов и двух нейтронов.

Аннигиляция – процесс столкновения частицы и ее античастицы, при котором происходят рождение новых частиц и взрывное выделение энергии, а исходные частицы взаимно уничтожают друг друга.

Античастица – у каждой частицы материи есть соответствующая античастица. При соударении частицы и античастицы происходит их аннигиляция, в результате которой выделяется энергия и рождаются другие частицы.

Атом – наименьшая частица каждого химического элемента. Каждому химическому элементу соответствует совокупность определенных атомов. Связываясь друг с другом, атомы одного или разных элементов образуют более сложные частицы, например молекулы. Все многообразие химических веществ (твердых, жидких и газообразных) обусловлено различными сочетаниями атомов между собой. Атомы могут существовать и в свободном состоянии – в газе и плазме.

Атом состоит из положительно заряженного ядра, окруженного облаком отрицательно заряженных электронов. Размеры атома в целом определяются размерами его электронного облака и велики по сравнению с размерами ядра. Электронное облако атома не имеет строго определенных границ, поэтому размеры атома в значительной степени условны и зависят от способов их определения. Ядро атома состоит из протонов и нейтронов, удерживаемых ядерными силами. Положительный заряд протона и отрицательный заряд электрона одинаковы по абсолютной величине; нейтрон не обладает электрическим зарядом. Заряд ядра является основной характеристикой атома, обусловливающей его принадлежность к определенному химическому элементу. Порядковый атомный номер элемента в периодической системе Менделеева равен числу протонов в ядре. В электрически нейтральном атоме число электронов в облаке равно числу протонов в ядре. Однако при определенных условиях он может терять или присоединять электроны, превращаясь соответственно в положительный или отрицательный ион.

Атомное ядро – центральная положительно заряженная часть атома, состоящая из нуклонов – протонов и нейтронов. Масса атомного ядра примерно в более чем 400 раз больше массы всех атомных электронов. Размеры атомного ядра составляют ~ 10–12–10–13 см. Нуклоны удерживаются в ядре ядерными силами сильного взаимодействия, эффективными только на внутриядерных дистанциях Размеры атомных ядер зависят от количества составляющих их нуклонов. Средняя плотность ядерного вещества чрезвычайно велика по сравнению с плотностью обычных веществ и составляет около 1014 г/см3. Плотность распределения нуклонов в ядре почти постоянна в центральной его части и экспоненциально убывает на периферии.