Андрей Гришаев - Этот «цифровой» физический мир

При огромном количестве экспериментального материала по физике атомного ядра, « универсальной ядерной модели… до сих пор не построено… Приходится довольствоваться тем, что данная конкретная модель удовлетворительно объясняет лишь некоторыесвойства ядер. Поэтому неудивительно, что в ядерной физике используется множество самых разнообразных моделей… причём исходные посылки разных моделей зачастую противоречат друг другу » [Н1].

Сами принципы, по которым, как полагают, связаны нуклоны в ядре, выглядят весьма искусственно. До создания квантовой хромодинамики считалось, что нуклоны удерживаются в ядре благодаря их обмену пи-мезонами. Как можно видеть, если, при обмене частицами с ненулевой массой, выполняется закон сохранения импульса, то такой обмен может дать лишь силы отталкивания, но никак не силы притяжения. Нелепость представлений об обменном характере ядерных сил, как полагают теоретики, не слишком бросается в глаза, если принять, что пи-мезоны, о которых идёт речь, являются виртуальными. Но тогда, непостижимым образом, виртуальные пи-мезоны должны переносить от одних нуклонов к другим вполне реальные « заряд, ток, импульс и момент импульса » [Б8]. Перенос реального заряда подразумевает, что протон превращается в нейтрон, или наоборот. Хорошо известно о реакции превращения нейтрона в протон, но освобождаемой здесь частицей с отрицательным зарядом является электрон, а не пи-мезон, масса которого на два порядка больше разности масс нейтрона и протона. Поэтому, для поддержания тезиса о пи-мезонах как переносчиках сильного взаимодействия, приходилось прибегать к спасительному принципу неопределённости, « согласно которому закон сохранения энергии может как бы нарушаться на величину ΔE, коль скоро процесс завершается в течение времени, не превышающего Δt~h/ΔE » [Н1]. Исходя из «как бы нарушения», соответствующего массе пи-мезона, получали ограничение на время жизни пи-мезона в ядре – порядка 10 -23с. Этого времени пи-мезону едва хватало бы для преодоления «радиуса действия ядерных сил», двигаясь со скоростью света. Но, позвольте – тогда следовало бы учитывать релятивистский рост массы пи-мезона! И тогда ограничение на время его жизни было бы ещё на порядки меньше! И тогда он уже далеко не успевал бы преодолевать «радиус действия ядерных сил»! От учёта релятивистского роста массы все эти фантазии рухнули бы, как карточный домик! Поэтому его и не учитывали. У теоретиков так принято: если релятивистский рост массы им мешает, то следует делать вид, что его нет.

Как это называется, если не полное теоретическое бессилие? Построенная сплошь на теоретических натяжках, пи-мезонная модель не давала удовлетворительные ответы даже на простейшие вопросы. Если ядерные силы одинаковы между любой парой нуклонов (протон-протон, протон-нейтрон, нейтрон-нейтрон) – то почему не бывает нуклонных комплексов из одних протонов или одних нейтронов? И зачем вообще нужны нейтроны в ядре? Да не просто нужны: почему, по мере роста атомного номера, для устойчивости ядра требуется всё большее число избыточных нейтронов по сравнению с числом протонов? Отчего у чётно-чётных ядер энергия связи на нуклон систематически больше, чем у нечётно-нечётных? Как объяснить картину ядерных уровней энергии, которая разительно отличается от картины атомных уровней? И где в пи-мезонной модели место для самого главного, что должна объяснять модель ядерных сил – для дефекта масс? Того самого, не понимая природы которого, сделали атомную бомбу!

В это трудно поверить, но теоретики до сих пор не могут внятно разъяснить – откуда вообще берутся атомные ядра в природе, и при каких условиях они образуются. Исходили-то из того, что протоны, имея положительные заряды, должны кулоновски отталкиваться друг от друга. И если они как-то сцеплены в ядре – то это потому, что их удерживают более мощные ядерные силы, которые пересиливают кулоновское отталкивание. Только ядерные силы должны быть короткодействующими и сцеплять нуклоны, лишь когда они касаются друг друга своими бочками – иначе все они уже давно бы слиплись в одно вселенское ядро. Но, чтобы нуклонам сблизиться до касания бочками, они сначала должны пересилить отталкивание – преодолеть кулоновский барьер. Чтобы такое происходило в естественных природных условиях, протоны должны соударяться, имея энергии, которые соответствуют температурам в десятки миллионов градусов. Где же в природе бывают такие температуры? «В звёздах! – догадались теоретики. – Там-то атомные ядра и слипаются!» Но вскрылись пренеприятные факты. Получалось, что ядра, скорее, рассыпаются в звёздах – ведь, например, в Солнце падают разные атомы и ионы, а вылетают из него протоны и электроны! Это отнюдь не подтверждало версию о том, что на Солнце идут термоядерные реакции… Не обнаруживая в природе вариантов естественного происхождения сложных ядер, ортодоксы решили перехитрить природу и научиться наращивать ядра искусственно , в лабораторных условиях. Идеология была прежней: для того, чтобы лишний протон прилип к ядру-мишени, надо этот протон как следует разогнать – чтобы он преодолел кулоновский барьер ядра. В рамках этой тематики, на протонных ускорителях сожгли несметное количество киловатт-часов электроэнергии. Результаты оказались смехотворны: при малых энергиях протоны просто рассеивались на ядрах, а при больших энергиях они инициировали ядерные реакции – даже если протон и «прилипал» к ядру, такое ядро долго не жило. Бывали, впрочем, исключения: например, таким образом из лития получался изотоп бериллия, но эта реакция имела резонансный характер – она происходила лишь при одной определённой энергии налетавшего протона. В общем, ускорительный опыт тоже ничуть не помог теоретикам понять – откуда берутся сложные ядра.