Вера Черногорова - Беседы об атомном ядре

Физики-экспериментаторы из Калифорнийского технологического института воспользовались тем обстоятельством, что на ускорителе Бевалаке можно было получить ядра аргона с релятивистскими скоростями, и попробовали с их помощью создать сверхплотные ядра. Идея эксперимента заключалась в следующем. Налетающее ядро аргона могло, грубо говоря, проделать отверстие в тяжелом ядре мишени, состоящей из химического элемента свинца. Выбитая колонка (цилиндрик) из спрессованных нуклонов, объединившись с ядром аргона, могла образовать сверхплотное ядро с зарядом, бóльшим, чем у ядра аргона.

Американские ученые не обнаружили в этой реакции вторичных быстрых ядер с большим зарядом. Однако отрицательный результат никого не обескуражил — ни теоретиков, ни самих экспериментаторов. Он мог быть связан просто с недостаточно большой энергией ядер аргона либо с необходимостью использовать более тяжелые релятивистские ядра. Возможно, сверхплотные ядра удастся получить только на специальных релятивистских ускорителях атомных ядер, которых еще нет ни в одной лаборатории мира, но которые уже получили свое название — «нуклотрон».

— А не заглянуть ли ядерщикам в космос, подобно физикам-элементарщикам? Вдруг они найдут сверхплотные ядра на Солнце или в какой-нибудь галактике?

— Да, ученые размышляют о том, где можно найти сверхплотные ядра. Но пока межгалактические трассы еще не открыты; релятивистская ядерная физика помогает человеку осваивать ближайшее к Земле космическое пространство.

Ученые еще мало знают, какой конкретно была далекая юность вселенной, да и то, что о ней известно, в основном результат математических расчетов, экстраполяций назад во времени, в прошлое. Тем легче к этому не совсем ясному прошлому относить появление всего того, чему пока нет четких объяснений.

Этому периоду приписывалось рождение античастиц, таинственных кварков, монополей Дирака. И совершенно естественно было предположить, что если в природе существуют сверхплотные ядра, то они, конечно же, возникали в этой начальной стадии развития вселенной, когда ее вещество было еще сверхгорячим и сверхплотным.

Английский теоретик А. Бодмер называет очень плотные ядра коллапсированными. Коллапсированные ядра — это ядра, в которых частицам удалось преодолеть силы отталкивания и «схлопнуться» в комок размером, приблизительно равным радиусу действия ядерных сил.

Дальнейшая судьба сверхплотных ядер древнейшего происхождения могла быть различной. По гипотезе английского физика, они конденсировались на себе подобных и образовали очень компактные массивные черные дыры или рассеивались в межзвездном пространстве. И наконец, они могли находиться в сообществе с обычной материей. В этом случае при образовании планет и звезд они, как более плотные частицы вещества, попадали в центральную часть массивных тел.

А. Бодмер предполагает, что, если сердцевины звезд и планет содержат значительное количество сверхплотных ядер, то реакция захвата ими обычных ядер может быть дополнительным источником тепла космических объектов.

Оригинальная возможность отопления за счет «съедания» собственных ядер! Не исключено, что генерация гигантской энергии в квазарах и центрах галактик не обходится без эффекта коллапсирования атомных ядер!

Сверхплотные ядра могли сохраниться и в остатках протозвездной материи, которая, как предполагает академик В. Амбарцумян, и сейчас существует в глубинах космоса.

Исследования реакций столкновения частиц с тяжелыми релятивистскими ядрами или самих ядер, возможно, покажут, насколько обоснованы предлагаемые теоретиками гипотезы о коллапсе атомных ядер.

В лобовых столкновениях ядер урана с энергией до 2,5 тысячи миллиардов электрон-вольт ударная волна, по расчетам, сожмет ядерное вещество до плотности, в 100 раз больше нормальной. В таком сгустке сильно нагретого ядерного вещества образуются десятки мезонов, много гиперонов — возникает нечто похожее на протозвездную материю.

Если эта воображаемая ядерная реакция когда-нибудь осуществится в лаборатории, то физика дозвездного состояния вселенной превратится в экспериментальную науку.

Сейчас невозможно говорить о том, когда экспериментаторы будут в состоянии проверить космологический аспект проблемы, связанной с таким необычным состоянием вещества, как сверхплотное. Но уже сегодня релятивистская ядерная физика помогает решению некоторых вопросов, возникающих при исследовании галактического космического излучения.

Поиски сверхтяжелых ядер в космических лучах до сих пор не увенчались успехом. И физики пока не дали удовлетворительного объяснения этому явлению.

Взрывающиеся сверхновые как будто время от времени снабжают межзвездный газ ядрами тяжелых элементов. По современным представлениям о нуклеосинтезе на поверхность Земли должны попадать из космоса сверхтяжелые галактические путешественники. Ядерная астрономия, то есть изучение космоса по регистрации потоков сложных ядер больших энергий, могла бы дать свой серьезный вклад в решение астрофизических проблем, но пока не удается установить контакт даже с нашей родной Галактикой на этом языке. Почему?

Пока не совсем ясно, что происходит с ядрами космического излучения от рождения до того момента, когда они достигают поверхности Земли. Межзвездный газ и пыль очень разрежены. Космическое пространство практически пустое. Однако потоки элементарных частиц и ядер — посланцы далеких звезд — преодолевают столь гигантские расстояния, что даже редкие встречи с космическими пылинками сильно изменяют их первоначальную энергию и массу. По дороге к Земле тяжелые ядра «теряют в весе» за счет реакции распада на легкие осколки при столкновении с другими ядрами. После подобных «дорожных происшествий» поток космических лучей постепенно обогащается изотопами легких химических элементов, и ученые могут только строить разные предположения об исходном составе ядер галактического излучения.

Релятивистская ядерная физика позволяет моделировать процессы столкновения тяжелых ядер больших энергий внеземного происхождения. Измеряя вероятность разбивания ядер на осколки и изучая распределение энергии между ними, ученые, возможно, сумеют намного точнее воссоздать условия рождения и ускорения тяжелых и сверхтяжелые ядер в Галактике.

Пока человек не шагнул в космические просторы, зарождающиеся там потоки элементарных частиц и ядер были интересны лишь с точки зрения решения научных вопросов, не имеющих отношения к биологии или медицине. Теперь возник совершенно новый аспект старой проблемы космического излучения. Как оно действует на человека, не защищенного толстым слоем земной атмосферы? Какую радиационную опасность несут быстрые ядра тяжелых элементов?