Читаем без скачивания В поисках чуда (с илл.) - Лев Бобров

Стоит ли говорить, какое значение приобрела в руках теоретиков и экспериментаторов иваненковская модель?

Но так уж повелось, что разрешение одной проблемы немедленно ставит новые вопросы. Какими узами связаны вместе ядерные нуклоны?

Протоны — одноименно заряженные частицы. Они отталкиваются друг от друга. Что же спаивает их в дружный коллектив? Гравитационное взаимодействие? Нет, оно слишком слабо, чтобы противостоять электростатической вражде. Не может оно обеспечить и сильное взаимное влечение незаряженных нейтронов, способное сцементировать их вместе с протонами в сверхплотный ядерный сгусток.

Над этой загадкой мучительно бились физики всего мира. Ломал над ней голову и Энрико Ферми.

Однажды неутомимого римского исследователя осенила идея, которая обещала стать ключом к таинственному, за семью печатями, ядерному ларцу.

Великий итальянец уже засел было за изложение своей концепции, как вдруг…

В одном из номеров «Нэйчур» за 1934 год он прочитал две публикации, еще раз доказывавшие, что идеи «носятся в воздухе». И что в далекой, в такой, по слухам, «неевропейской» России есть свои физики — настоящие профессионалы, занятые проблемами атома.

Одну статью, напечатанную в «Нэйчур», написал москвич И. Е. Тамм, ныне академик, лауреат Нобелевской премии, другую — ленинградец Д. Д. Иваненко. Они дали новый подход к проблеме, после чего она, наконец-то, была выведена из тупика.

Какова же, по Тамму и Иваненко, природа ядерных сил?

Чтобы объяснить, как действуют силы на расстоянии, физики ввели особое понятие — «поле».

Например, поле гравитационное. Или электромагнитное.

Ни то, ни другое не годилось, чтобы объяснить притяжение нуклонов. А других полей физики не знали.

Тамм и Иваненко предположили: есть специфическое поле ядерных сил, не похожее ни на одно из уже знакомых и все же чем-то напоминающее их.

Было известно, что, например, взаимное влечение или отталкивание зарядов обусловлено тем, что они обмениваются квантами электромагнитного поля — фотонами. Перебрасываются ими, как жонглеры кольцами или игроки в пинг-понг пластмассовым шариком. Таким образом партнеры влияют на поведение друг друга. Тамм и Иваненко высказали гипотезу: такое же обменное взаимодействие связывает и нуклоны в ядре. Оно несравненно мощнее, чем гравитационное или электромагнитное, только проявляется на гораздо более коротких дистанциях. И здесь тоже должен существовать свой посредник в межнуклонном обмене. Какой же?

Не фотон, это ясно: он обеспечивает слишком слабую связь. Быть может, электрон? Расчеты, проделанные Таммом, показали: нет, он не годится на роль внутриядерной «разменной монеты» — мешало то, что у электрона полуцелый спин, а не целый, как у фотона. Нейтрино? Тоже нет: у него спин, как и у электрона, равен одной второй. Были и другие неувязки. А если нуклоны обмениваются сразу двумя частицами? У пары электрон — нейтрино суммарный спин целый! Увы, даже вдвоем этим тщедушным частицам не по плечу обеспечить чудовищно сильное тяготение между нуклонами.

Расчеты советского ученого упорно давали отрицательный результат. Что же тогда служит посредником в обменном взаимодействии, что? Оставалось сделать последний шаг, но… Наука в большей степени, нежели поэзия, «вся — езда в незнаемое».

Впрочем, разве мало сделано? Показав, что понятие поля универсально, эти работы словно открыли глаза физикам. Достаточно четким пунктиром они наметили зоны будущих раскопок на карте силовых полей — там мог лежать еще не найденный заветный «золотой ключик» к ядерному ларцу.

Так оно и случилось. Ответ на поставленный вопрос пришел меньше чем через год из японского города Осака. Ссылаясь на основополагающие работы Тамма и Иваненко, молодой преподаватель

Хидеки Юкава высказал догадку: обменные силы в ядре, видимо, обязаны своим происхождением частице с нулевым спином, которая в 200–300 крат тяжелее электрона и соответственно в 6–8 раз легче нуклона. «Мезон» (от греческого «мезос» — «средний») — так нарекли потом этого гипотетического «невидимку», которому суждено было еще некоторое время скрываться от физиков, пока, наконец, он не попался им в сети из потока космических лучей.

Вскоре Юкава разработал теорию мезонного поля, за что в 1949 году удостоился Нобелевской премии.

По представлениям Юкавы, внутри ядра протон и нейтрон непрерывно обмениваются заряженными 98 мезонами, превращаясь друг в друга. Нейтрон с нейтроном, как и протон с протоном, тоже перебрасываются мезонами, но уже нейтральными.

Говоря об истоках этой замечательной теории в ее сорокалетний юбилей (1945 год), японский физик профессор Ш. Саката, ученик X. Юкавы, отдаст должное работам советских ученых: «Мало кто пытался вскрыть сущность ядерных сил. До профессора Юкавы мы можем назвать только Тамма и Иваненко».

Двойники и самоубийцы

Три десятилетия с лишним наука об атоме «пробавлялась» только тремя видами радиоактивных излучений: альфа, бета и гамма. Первые два были открыты Резерфордом в 1899 году. Третий — французским ученым Вилларом в 1901-м. Лишь в 1934 году супруги Жолио-Кюри опознали среди ядерных беглецов положительного двойника электрона (несколько раньше его поймали в космических лучах).

Наступил 1935 год.

Братья Курчатовы, несмотря на молодость, не были «зелеными» новичками ни в физике вообще, ни в атомной в частности. Тридцатидвухлетний Игорь Васильевич вот уже десятый год работал в Ленинградском физико-техническом институте, а с 1932 года возглавлял отдел ядерной физики. Борису Васильевичу тоже не были чужды проблемы радиоактивности, хотя он и занимался больше полупроводниками.

Однако явление, с которым столкнулись ученые, могло озадачить и маститого ветерана науки об атоме.

В начале 1935 года счетчик ядерных излучений бесстрастно возвестил сотрудникам Курчатовской лаборатории о том, чего на первый взгляд быть не должно. Исследователи бомбардировали бром недавно открытыми нейтронами. Ожидалось, что элемент № 35 даст при этом две свои активные разновидности — одну с 18-минутным периодом полураспада, другую — с 4-часовым. Так по крайней мере свидетельствовали опыты Энрико Ферми. И действительно, полученная смесь давала радиацию обоих типов.

Но одновременно обнаружилось и другое излучение: оно уменьшало свою интенсивность вдвое не через 18 минут и не через 4 часа, а лишь по прошествии полутора суток. Странно! Ведь у брома два стабильных изотопа: один с массовым числом 79, другой — 81. Поглотив нейтрон, первый превращается в бром-80, второй — в бром-82. Оба новорожденных активны, причем ни один из них, судя по результатам Ферми, не должен быть столь долговечным. Откуда взяться более живучему? Быть может, в смеси перед облучением содержался какой-то третий, до сих пор не известный изотоп, который потом под действием нейтронов тоже сделался из стабильного радиоактивным, только с другой константой распада?

Эксперимент отмел такую версию.

Тщательный химический анализ, проведенный Б. В. Курчатовым, исследования и расчеты Л. И. Русанова, Л. В. Мысовского, других сотрудников привели к однозначному заключению: налицо не новый изотоп, а новый тип радиоактивности, ускользнувший от зорких глаз Ферми.

Выяснилось, что полуторасуточным периодом обладает бром-82. Ни один из двух других упомянутых сроков жизни, более коротких, к нему касательства не имеет. Оба они относятся к брому-80.

Парадоксально, но факт: атомы-близнецы неодинаковы! При полной идентичности ядерной и электронной структуры часть атомов брома-80 уполовинивает общую интенсивность излучения через 18 минут, часть — через 4 часа. Как оказалось, в последнем случае особинка ядер в том, что они возбуждены. Излучая гамма-кванты, они переходят в основное, более устойчивое состояние, после чего начинают испускать те же электроны, что и их более спокойные двойники.

Так к уже известным типам радиоактивных превращений примкнула ядерная изомерия.

Сейчас былые «диковинки» — ядерные изомеры — исчисляются многими дюжинами.

Эффект, обнаруженный братьями Курчатовыми,

Мысовским и Русиновым, встал в один ряд с открытиями Резерфорда, Виллара и Жолио-Кюри.

Не сразу признали русскую находку. «Трудно поверить в существование изомерных атомных ядер, то есть таких, которые при равном атомном весе и равном атомном номере обладают различными радиоактивными свойствами… Мы надеемся после проведения экспериментов узнать, стоит ли заниматься вопросом об изомерных ядрах». Так на физическом съезде в Цюрихе в 1936 году говорила та самая Лиза Мейтнер, которой суждено было вскоре узреть то, чего не видел или не хотел видеть Отто Ган, — деление урановых ядер. Правда, оценивая значение «невероятного» открытия, Лиза Мейтнер добавила, не могла не добавить: «Предположение о существовании изомерных ядер дало бы возможность объяснить искусственные превращения урана».