Неожиданно перед физиками открылся густонаселенный мир элементарных частиц и возникли сотни новых труднейших вопросов. Этими вопросами и занялась выросшая из недр «Ядерной физики» «Физика элементарных частиц». А исследователи атомных ядер начали нелегкую работу по вскрытию глубинных пластов сокровенных свойств атомных ядер.
Все, что было известно о сердцевине атома, подталкивало к мысли, что ядро нельзя рассматривать как сообщество отдельных нуклонов, как нельзя и организм считать простой суммой большого количества клеток.
Дом моделей
— Выходит, что первая атака на ядро не совсем удалась? Физики довольно легко овладели отдельными бастионами и взяли богатый трофей — ядерную энергию, — но крепость-то не пала?! А каков будет следующий штурм и есть ли общий стратегический план всей операции?
— Сражения происходят непрерывно на всех направлениях, однако генерального плана пока нет.
Составить общий план овладения тайнами ядра не так-то просто из-за необычности и недоступности тех сил, что держат оборону атомного ядра.
С момента обнаружения крошечной крепости в центре атома на Земле появилось третье поколение людей, и никто из них ни разу не пожаловался на какие-либо неприятности, которые доставило бы им незнание свойств ядерных сил. Дело в том, что они никак не проявляют себя в нашей повседневной жизни. Не то что гравитация или электричество! Но недоступные чувственному опыту силы ядра — основа куда более могучих и всеохватывающих процессов в природе.
Гравитационные поля, пронизывающие просторы космоса, формируют галактики и звездные скопления, но именно ядерные реакции зажигают эти звезды.
Бесспорно утверждение, что окружающий нас мир густо насыщен самыми разнообразными электромагнитными явлениями. Биологические, химические и многие-многие другие процессы регулируются этими взаимодействиями. Но все многообразие стабильных веществ опять-таки обеспечивают ядерные силы, сдерживающие протоны и нейтроны в атомных ядрах химических элементов.
Впервые эти могущественные силы громко заявили о себе, когда Э. Резерфорд с помощью альфа-частиц «щелкнул по лбу» атомное ядро.
Не сразу удалось физикам точно установить, кто же нанес ответный удар. И подозрение поначалу пало на старых знакомых: тяготение и электромагнитные силы. Но первая кандидатура быстро отпала. Элементарные частицы столь легки, что даже на ничтожно малых расстояниях в атомном ядре они едва-едва ощущали гравитационное притяжение друг к другу. Со второй дело было немного сложнее.
Очень чувствительное к изменению расстояния между зарядами, электромагнитное взаимодействие удесятеряет свою мощь в микромире. Обычное электростатическое притяжение удерживает вокруг положительно заряженного ядра все атомные электроны, а число их в некоторых тяжелых элементах достигает сотни.
Электростатические силы действуют и внутри ядра. Но они не могут быть цементирующей силой: все протоны, имеющие одинаковый положительный электрический заряд, отталкивают друг друга и стремятся разорвать ядро. В конце концов это и должно наступить.
Наконец непонятно было, что заставляет оставаться пленниками ядра нейтральные частицы — нейтроны. Вначале ученые предположили, что тут вступают в игру силы магнитного притяжения, но их было явно недостаточно для сцепления нейтронов с протонами.
Аргументы «против» перетягивали чашу весов, и вторая кандидатура также была признана несостоятельной.
Не оставалось ничего иного, как предположить, что в атомных ядрах распоряжались новые, неизвестные дотоле силы, которым даже электромагнитные проигрывали в отношении 1:104! И теоретикам предстояло создать теорию атомного ядра, естественно, с учетом этого отнюдь не облегчающего, а усложняющего их задачу обстоятельства.
Квантовая механика как будто могла стать хорошей основой для построения теории ядерного взаимодействия по аналогии с электромагнитным, которое мыслилось как результат обмена фотонами.
Следуя этой аналогии, а также правилам «хорошего тона», принятым в строгой теории, надо было признать, что существуют некое поле ядерных сил и частицы-кванты этого поля. Протоны и нейтроны, обмениваясь между собой этими квантами, оказываются связанными друг с другом.
К сожалению, никто не мог сразу указать на подходящий к данному случаю предмет обмена. Лишь через 15 лет после открытия нейтрона экспериментаторы обнаружили в космических лучах пи-мезон — частицу, которая могла служить переносчиком ядерного взаимодействия.