Априори можно сказать, что ядро, получившее энергию, большую энергии связи нуклона, обязательно потеряет одну или несколько частиц.
Но что представляет собой возбужденное ядро в тот небольшой промежуток времени, когда оно уже не имеет прав на владение одним или несколькими нуклонами, а те еще не порвали связи с коллективом ядерных частиц. О таком необычном квазисвязанном, то есть похожем на связанное, состоянии ядерной системы можно судить, зная, как она образовалась, сколько времени просуществовала и каким образом перешла в нормальное состояние.
Во многих ядерных реакциях, в которых ядрам-участникам перепадала энергия в десятки и сотни миллионов электрон-вольт, экспериментаторы обнаруживали бурлящие перегретые ядра. Опознать их было несложно прежде всего по неимоверно большому, в ядерном масштабе, времени жизни. До 10–14 секунды продолжалось кипение ядра-капли, пока испарение нуклонов с поверхности не приводило его в спокойное состояние.
Физики твердо усвоили, что большая порция энергии, полученная ядром, превращает его в систему быстро и хаотически движущихся частиц. Между нуклонами будто полностью обрывались те тончайшие связи, благодаря которым при малых энергиях возбуждения возникали коллективные движения в ядерном веществе, и ядро уже ничем не напоминало конструкцию из легких, соединенных между собой пружинками шариков, способных к сложным согласованным колебаниям.
Но стоило появиться синхротронам — ускорителям электронов, как представления ученых о сверхвозбужденных нуклонных системах резко изменились. Ядра-мишени с большой вероятностью поглощали электромагнитное излучение из синхротрона. Гамма-кванты с энергией 10–25 миллионов электрон-вольт впитывались ядрами особенно охотно. Система нуклонов переходила в квазисвязанное состояние, но совсем непохожее на кипение ядерной капли.
Это была потрясающая новость даже для физиков, которые на многое уже нагляделись, изучая микромир. На одну и ту же порцию энергии, но поданную, так сказать, под другим «соусом», ядро и реагировало по-другому. При электромагнитном взаимодействии с гамма-квантами или электронами ядро на время, равное 10–20 секунды, попадало в особое возбужденное состояние, при котором все протоны колебались относительно нейтронов.
Гамма-кванты и электроны, неизмеримо более осторожно повышающие тонус ядра, чем сильно взаимодействующие частицы, долгое время считались единственными инструментами, пригодными для столь тонкой операции. Но существует и еще более деликатный способ введения энергии в ядро — через слабое взаимодействие. Поглощая мю-мезон с мезоатомной орбиты, ядро, оказывается, почти незаметно для себя приобретает около 20 миллионов электрон-вольт.
Долгое время ученые отводили ядру только пассивную роль поставщика протонов для хорошо известной реакции этих частиц с мю-мезонами, происходящей по законам слабого взаимодействия. Число теоретических и экспериментальных работ, посвященных реакции ядерного мю-захвата, перевалило за сотню, когда появились первые сомнения в правильности такого подхода. Повысив точность расчетов, физики обнаружили, что полученное из опытов значение вероятности реакции мю-захвата почти вдвое отличается от величины, предсказанной теоретиками. Это противоречие требовало радикального изменения взгляда на саму суть процесса.
И вот осенью 1963 года на межвузовской конференции в Ужгороде группа теоретиков МГУ и Лаборатории теоретической физики ОИЯИ, возглавляемая профессором В. Балашовым, представила свою принципиально новую версию тех событий, которые происходят в ядре при захвате мю-мезона. Эта группа ученых смело утверждала, что ядру принадлежит решающая роль в дележе энергии между всеми участниками реакции и в способе усвоения доставшейся ему доли.
Как и при электромагнитном взаимодействии в случае поглощения гамма-квантов из синхротрона, ядерная система нуклонов на 10–20 секунды переходила в квазисвязанное возбужденное состояние со сложными коллективными колебаниями одних комплексов частиц по отношению к другим. Быстрая раскачка нуклонов, выявляющая какие-то удивительные, упругие свойства ядерного вещества, по идее теоретиков, происходила при попеременном возбуждении всех нуклонов в ядре.
Частица, перескакивающая на более высокую оболочку, и оставленное ею пустое место в состоянии с меньшей энергией, так называемая «дырка», в определенной последовательности возникали в ядерном веществе. В результате непрерывного «дуэта» разных «дырок» и частиц все протоны и нейтроны оказывались вовлеченными в очень сложные согласованные передвижения. Протоны могли колебаться относительно нейтронов. Частицы с одним направлением момента количества движения имели возможность перемещаться относительно частиц с моментом противоположного направления. Теоретики предполагали, что возникают даже радиальные колебания всего ядерного вещества. Ядро как бы дышало, то увеличивая, то уменьшая свой размер. Физики так и назвали этот новый тип колебаний возбужденного ядра «дыханием».