Страница 14 из 77
Ученые понимают, что в их работе «перелеты» — получение атомных ядер с номером, большим 114 (или 126), менее опасны, чем «недолеты» — получение атомных ядер с меньшим номером. Ведь «корректировка огня» — приближение к магическому ядру — определяется радиоактивными процессами. В случае «перелета» — это альфа-распад, уменьшающий атомный номер сразу на две единицы, а в случае «недолета» работает бета-распад, увеличивающий атомный номер только на одну единицу. Существенно и то, что альфа-распады более вероятны, а значит, происходят в тяжелых ядрах чаще, чем бета-распады, обусловленные слабым взаимодействием.
В этой связи нельзя не упомянуть еще об одном достижении, полученном на дортмундском ускорителе. Дортмундские ученые наблюдали интересные явления, происходящие, когда ядро-снаряд налетает на ядро-мишень не прямо в лоб. При косом соударении возникает узкая «прицельная зона», в которой взаимодействующие ядра образуют неустойчивую систему из двух компонентов, вращающихся вокруг общего центра масс. Эту систему можно рассматривать как особое, сильно возбужденное состояние суммарного ядра, при котором ядерные силы притяжения нуклонов в течение некоторого времени удерживают исходные ядра и противостоят кулоновским силам отталкивания одноименных зарядов и центробежным силам, стремящимся разрушить это состояние.
Такое сильно возбужденное состояние можно исследовать теоретически при помощи оболочечной модели ядра. При осуществлении эксперимента возможно предсказанное затягивание электронов, принадлежащих снаряду — иону урана и мишени — атому урана, внутрь зоны, Принадлежащей возбужденному суммарному ядру.
Теоретики и ранее указывали на возможность проникновения внутренних электронов тяжелых атомов в зону ядра. Малая вероятность такого явления не позволила до сих пор уверенно зафиксировать его в эксперименте. Совсем недавно в Дортмунде были проведены опыты с бомбардировкой ядер урана ионами урана. Энергия ускорителя недостаточна для преодоления кулоновского отталкивания обоих ядер при лобовом соударении. Но ученым удалось зафиксировать возникновение сильно возбужденного состояния ядерной материи при суммарном заряде 184. Исследования этого экзотического ядра продолжаются.
Интересной деталью эксперимента с образованием ядра элемента-184 является одновременное наблюдение электрон-позитронных пар. До сих пор рождение электрон-позитронных пар наблюдалось только в процессах с участием фотонов, обладающих очень большой энергией.
Работая над синтезом трансурановых элементов, физики предпринимают и попытки найти такие ядра в природных условиях. Об одной такой попытке — исследовании времени жизни ядер свинца — уже шла речь. Эти попытки продолжаются, ученые стремятся повторить полученные результаты другими методами и повышают точность измерения, устраняют все мешающие эффекты, например возникающие вследствие малых примесей других радиоактивных элементов.
Поиски трансурановых ведутся и в космических лучах: если эти элементы рождаются при взрывах сверхновых звезд или в ходе других подобных катастрофических процессов, то они должны достигать Земли.
Удача досталась американским физикам. Изучая следы космических частиц в толстослойных фотографических эмульсиях, поднятых за пределы земной атмосферы, они зафиксировали три следа частиц, имеющих заряд, превышающий 100, и один след с зарядом более 110. Однако такие единичные случаи не могут считаться достаточными для уверенности в правильности истолкования опытов.
В 1980 году физики были взволнованы сообщениями о том, что в кристалле оливина метеоритного происхождения обнаружен след ядра, содержащего более 110 протонов, то есть ядра элемента, расположенного на дальнем «шельфе пролива нестабильности». Подобное сообщение появилось и в 1983 году, но происхождение этих следов еще остается неясным.
В начале восьмидесятых годов появились сообщения о синтезе элемента-106 и элемента-107. В 1983 году прошел слух об обнаружении элемента-109, в 1984 году об идентификации элемента-108. Физики проявляют при этом осторожность, связанную с тем, что в прошлом не все опубликованные результаты оказались достоверными. Пожалуй, самой сенсационной ошибкой была публикация в авторитетном американском журнале «Письма в Физическое обозрение». В 1976 году группа квалифицированных ученых сообщила об обнаружении элемента-116 и элемента-126, расположенных на таинственных островах стабильности. Однако вскоре пришлось признать, что в работе была допущена ошибка.
Ученые считают задачу синтеза и поиска неизвестных трансурановых элементов весьма важной для подтверждения и уточнения теорий строения атомных ядер. Но помимо этой задачи, у них есть и другие. Периодический закон изменений химических и физических свойств элементов, установленный Менделеевым, как обобщение опыта нашел, как мы знаем, свое обоснование в более фундаментальных физических законах. Например, в квантовых законах взаимодействия атомных ядер с электронами, частности в принципе запрета Паули, объясняющего порядок заполнения электронных оболочек атома.
Магические числа, получаемые из оболочечной модели ядра, хорошо совпадающие с опытом в широком диапазоне ядерных масс, являются доказательством того, что модель учитывает основные процессы, происходящие внутри ядра.
Но эта модель требует своего обоснования из более фундаментальных законов, подобно тому как применение принципа запрета обосновало периодическую систему элементов.
Мы знаем, что нуклоны удерживаются внутри ядра особыми, весьма большими ядерными силами. Учет действия электрических сил требуется только для уточнения соответствия расчета и опыта.
Ядерные силы, введенные Юкавой, возникают в результате того, что нуклоны постоянно обмениваются между собой особыми частицами — пионами (раньше их называли пи-мезонами). Зависимость ядерных сил от расстояния была первоначально угадана Юкавой, а затем уточнена исходя из опытов. Именно ядерные силы явились основой математического описания капельной модели, а затем и оболочечной модели ядра. Казалось, программа выполнена. Силы, действующие между нуклонами, познаны, уравнения написаны, их решения достаточно полно совпадают с опытом. Но… Наука притягательна тем, что она всегда в пути, в движении. Ученые не успокаиваются на достигнутом. Ответив на один вопрос, они задаются следующим.
Что там, в глубине?
Физики не могут остановиться на пути познания природы. Они хотят знать, как возникают ядерные силы, почему они именно таковы, какими мы их видим в различных экспериментах.
Так продолжается последовательное углубление внутрь атома, начатое Менделеевым.
Здесь уже нет места для того, чтобы следовать за учеными в глубины нуклонов. Отложим это на дальнейшее. Но чтобы у читателя не возникло чувство неудовлетворенности, сделаем краткое предварительное описание того, к чему ученые пришли за последнее время.
Оказалось, что нуклоны, то есть протоны и нейтроны, не являются воистину элементарными частицами. Они состоят или, вернее, образованы из более элементарных частиц, название которых — кварки. Известно, что в природе существуют шесть различных кварков. Более того, они (каждый из них) могут находиться в различных состояниях. Между кварками действуют мощнейшие силы, удерживающие их внутри нуклонов и внутри других родственных частиц, составляющих вместе с нуклонами целое семейство, имеющее общее название — адроны.
Взаимодействие между кварками называется сильным взаимодействием. Оно, подобно ядерным силам, реализуется путем обмена особыми частицами, переносчиками сильного взаимодействия. Эти частицы названы глюонами (от английского «глю» — «клей»). Они как бы склеивают кварки, образуя таким путем протоны, нейтроны и другие адроны.
Теперь осталось узнать немногое. Необходимо понять, существует ли связь между сильными взаимодействиями и ядерными силами?
Эта задача еще не решена. Это дело будущего. Но уже сейчас ученые работают, следуя по многообещающему пути — пути аналогий. Проследим за ходом их мыслей.