Вера Черногорова - Беседы об атомном ядре

Дубненские физики готовят сейчас опыты по рассеянию релятивистских дейтонов и ядер гелия для проверки этого предположения. С той же целью американские ученые изучали рассеяние электронов самых больших энергий на ядрах дейтерия. Из результатов эксперимента следует, что в этой реакции дейтон действительно выглядит как шестикварковая частица.

— Создается впечатление, что по мере усиления натиска на атомное ядро оно, подобно хамелеону в момент опасности, меняет свой «облик». Но когда «опасность» минует, ядро опять становится самим собой или нет?

— Смотря, что вы имеете в виду, говоря «меняет свой облик»! В результате реакции ядро может потерять один или несколько нуклонов, разлететься на несколько частей; наконец, перейти в возбужденное состояние. Однако во всех этих случаях главное качество ядерного вещества — его плотность — не меняется.

— Неужели она не поддается никаким внешним воздействиям?

— Категорически утверждать этого нельзя. Как графит при большом давлении превращается в алмаз, так и ядерное вещество, может быть, удастся спрессовать и перевести в сверхплотное устойчивое состояние.

Советский теоретик А. Мигдал предложил одну из самых интригующих современных гипотез о строении ядра, в которой он замахивается как раз на то единственное свойство ядерной материи, которому до сих пор удавалось оставаться неизменным.

При анализе процесса рождения и конденсации электрон-позитронных пар вблизи гипотетических ядер с большим электрическим зарядом у него возникла интересная идея: нельзя ли найти в природе такой источник мезонного поля, в присутствии которого происходило бы интенсивное рождение пи-мезонов? Естественно, что необходимое поле могло возникать только где-то среди большого коллектива связанных нуклонов.

Обдумывание этой задачи привело А. Мигдала к важному выводу: рождение и конденсация пи-мезонов, то есть возникновение так называемого «пи-мезонного конденсата», могло происходить лишь в системе протонов и нейтронов, механические моменты которых ориентированы определенным образом.

К сожалению, современная теория ядерного вещества не позволяет достаточно точно предсказать, при какой именно плотности нуклонов начнут «выделяться» избыточные пи-мезоны. Можно только сказать, что она не должна сильно отличаться от плотности обычных ядер. Если критическая плотность окажется немного меньше ядерной, то конденсат есть свойство обычных ядер и пи-мезонный конденсат связан со слоистой ядерной структурой. Но если появление конденсата присуще только более плотным ядерным системам нуклонов, то ясно, что обычные ядра — неподходящая арена для проявления предсказываемого свойства ядерного вещества. В этом случае, настаивает теория А. Мигдала, ядра могут существовать в особых, сверхплотных состояниях.

Получается так, что двум не очень сильно отличающимся значениям критической плотности соответствуют совершенно разные состояния ядерного вещества.

Ядерные частицы, как мы уже знаем, благодаря постоянному движению на мгновения создают в ядре участки более разреженные или более плотные. Но средняя плотность ядерного вещества остается постоянной. Что же надо сделать с ядром, чтобы проверить, может ли оно стать сверхплотным?

Вполне реальную возможность для проверки сжимаемости ядерного вещества подсказала физика элементарных частиц и, в частности, результат исследований реакции множественного рождения. Одновременно возникающие в одной точке пространства нуклоны, гипероны и мезоны узким, слабо расходящимся потоком устремляются вперед, по направлению создавшей их частицы. Эта особенность ядерной катастрофы, как объясняют теоретики, связана с мгновенным зарождением в адронном веществе быстро передвигающегося сгустка — файербола (огненного шара), который на выходе из ядра распадается на множество отдельных частиц. Файербол вызывает ударную волну, на фронте которой и образуются сгущения ядерной материи.

Один быстрый протон с помощью ударной волны заставляет все нуклоны ядра совершать коллективные движения, обладающие очень большой энергией. А «девятый вал», который возникает при столкновении двух релятивистских ядер, может так повысить плотность нуклонов, что ядро перейдет в новое квантовое состояние — сверхплотное.

Будет ли ядро в этом новом состоянии устойчивым или, наоборот, неустойчивым — неизвестно. В обычных ядрах постоянная плотность поддерживается равновесием между силами притяжения и сменяющими их на малых расстояниях между нуклонами столь же мощными силами отталкивания. Но, может быть, при еще большем сближении ядерных частиц они опять начнут притягиваться друг к другу? Тогда естественно предположить, что на этих сверхблизких расстояниях ядерное вещество «схлопывается» в более компактную, более крепко связанную систему нуклонов.

Образование стабильного ядра с повышенной плотностью должно сопровождаться выделением энергии, в десятки раз большей, чем, например, в реакции деления ядра урана. Поэтому открытие сверхплотного состояния ядерного вещества и возможности искусственного получения сверхплотных стабильных ядер произвели бы настоящий переворот в ядерной энергетике.

Первая статья А. Мигдала с подробным изложением основ новой гипотезы о структуре ядра была опубликована в 1971 году, но осталась как-то не замеченной экспериментаторами. Требовался некоторый срок для преодоления «здорового консерватизма» физиков.

На Международной конференции по физике высоких энергий и структуре ядра в Санта-Фе доклад о последних результатах, полученных группой сотрудников Института теоретической физики АН СССР под руководством А. Мигдала, был прослушан с большим интересом. Внимание к этой оригинальной и достаточно глубоко разработанной идее о сверхплотных ядрах в последнее время подогревается быстрым развитием релятивистской ядерной физики. Появилась надежда, что с помощью ускоренных сложных ядер удастся получить сверхсжатое ядерное вещество.

Недавно в Беркли (США) были проведены первые эксперименты по обнаружению ударных волн во взаимодействиях релятивистских ядер. Однако американским физикам не удалось сделать определенного вывода. Более удачной, по-видимому, оказалась попытка ученых из ФРГ. Исследуя параметры треков вторичных частиц в фотоэмульсиях, которые подвергались облучению потоком релятивистских ядер гелия на синхрофазотроне Дубны, немецкие физики пришли к более определенному заключению: соударение релятивистских ядер рождает ударную волну, которая со скоростью, всего в три раза меньшей скорости света, прокатывается по ядерному веществу.