Группа дубненских физиков под руководством доктора физико-математических наук В. Никитина сначала на Серпуховском ускорителе, а затем совместно с американскими учеными на ускорителе в Батавии (США) исследовала одну и ту же реакцию — упругое рассеяние протонов больших энергий на протонах. То есть такое взаимодействие между частицами, когда налетающий протон расходует всю свою энергию только на изменение скорости протона-мишени; как это происходит, например, при ударе одного бильярдного шара о другой.
Цель этих опытов — измерение радиуса протона при разных энергиях столкновения. Мишень — газовая водородная струя — облучалась протонами с энергией от 10 до 400 миллиардов электрон-вольт. Результаты оказались несколько неожиданными: размер протона увеличивался с увеличением скорости сталкивающихся частиц.
И с этим представлением о протоне как о чем-то монолитном, занимающем большую или меньшую, но вполне измеримую область пространства, приходится увязывать совсем иной образ этой частицы. Образ, который возникает при исследовании другого варианта этой же реакции — неупругого рассеяния очень быстрых протонов на протонах. В этом последнем случае аппаратура регистрировала протоны, отклонившиеся на большие углы и потерявшие значительную часть своей энергии. Эта энергия передавалась протону-мишени и шла не на изменение его скорости, а на изменение его внутренней структуры, на рождение новых частиц.
Легко вообразить, каково было изумление ученых, когда обнаружилось, что характер изменения числа отклоненных частиц в зависимости от величины угла точно такой, какой был найден Э. Резерфордом для альфа-частиц, рассеянных тонкими пленками вещества.
Э. Резерфорд, обнаружив альфа-частицы, которые отклонялись на угол до 180 градусов от первоначального направления, сразу высказал гипотезу об атомном ядре. То есть о том, что в атоме есть нечто, сравнимое по массе с альфа-частицей и способное резко изменить направление ее движения.
Аналогичный вывод, теперь уже по отношению к элементарным частицам, вынуждены были сделать и современные ученые. Ускоренные электроны и протоны, сталкиваясь с протонами-мишенями, передавали свою энергию каким-то внутрипротонным структурным единицам.
Словом, отчего ушли, к тому и пришли. Всего семь лет назад атомные ядра и нуклоны казались телами разного порядка сложности. А теперь, в новых энергетических условиях, бывшие элементарные частицы сами стали походить на ядра, заполненные нуклонами.
Теоретики давно предлагали так называемые составные модели фундаментальных элементарных частиц. Наиболее интересной из них оказалась кварковая модель. Адроны в этой модели выглядели состоящими из определенного числа гипотетических частиц — кварков — с дробным электрическим зарядом.
Атомные ядра, состоящие из нуклонов, могут служить вполне реальной моделью элементарной частицы, состоящей из кварков, а столкновения релятивистских ядер — имитировать столкновения протонов больших энергий.
Экспериментаторы нашли неоспоримые доказательства тому, что нуклон — это протяженный составной объект. Но чтобы создать теорию, правильно описывающую поведение адронов при высоких энергиях, когда их скорости близки к скорости света, надо было детально разобраться в том, как они устроены.
Релятивистская ядерная физика — научное направление, которое возникло в ОИЯИ, — дает новый подход к этой проблеме, подводит материальную базу под уже существующий обмен идеями между физикой ядра и физикой элементарных частиц.
Ускорение ядер до скоростей, близких к скорости света, — задача чрезвычайно сложная. И легко представить, с каким интересом ведущие ученые социалистических стран рассматривали демонстрировавшиеся на XXIX сессии ученого совета ОИЯИ во много раз увеличенные первые снимки следов релятивистских ядер.
Эти уникальные фотографии ученые назвали «автографами» дейтона — первого составного ядра, ускоренного на синхрофазотроне.
Сейчас физики Дубны наблюдают не только за поведением в веществе простейшей связанной системы из протона и нейтрона с энергией в 11 миллиардов электрон-вольт, но и за ядрами химического элемента гелия и углерода, ядра которого ускоряются до 60 миллиардов электрон-вольт. Исследования в области релятивистской ядерной физики, начатые в лаборатории высоких энергий в 1970 году, подхвачены и интенсивно развиваются американскими физиками.
— Обычно все с удовольствием смотрят на выступления имитаторов, но каждый понимает, что даже самый талантливый артист не может заменить оригинал. Наверняка и релятивистские ядра передают только внешнее или скорее внутреннее сходство с частицами, а действуют по своим ядерным законам.