Изменчивая мода микромира

Вот уже более ста лет изучают физики атомное ядро. Научились извлекать из него энергию, создают не существовавшие в природе ядра, расширив уже на 15 элементов периодическую таблицу Менделеева. Огромному множеству естественных и искусственных изотопов — ядер с различным числом протонов и нейтронов — нашли работу в самых разных отраслях науки и техники.

Но до сих пор нет завершенного, полного портрета, который передавал бы все своеобразие этого удивительного многоликого объекта микромира. С чем только не пробовали сравнить ядро: с каплей воды и гелием при сверхнизких температурах, газом и кристаллической структурой… Пытались представить его как систему из большого числа связанных и вместе с тем независимых друг от друга частиц — нуклонов. И наоборот, как дружное сообщество ядерных частиц, участвующих в совместных, коллективных движениях. Одним казалось, что, прежде всего, следует, вычленив из ядра пару нуклонов, изучить механизм связи между ними и, обобщив затем характер взаимоотношений между парой на все семейство нуклонов, рассчитать различные ядерные свойства.

Другие предлагали рассматривать ядро как единое целое, как некое однородное ядерное вещество и, исходя из самых общих его свойств, объяснять результаты эксперимента. Третьи… Обилие приближенных, модельных представлений позволило даже кому-то из физиков храм науки о ядре в шутку назвать домом моделей.

И все же, несмотря на большой выбор моделей, более или менее точно передающих те или иные черты ядра, оно до сих пор, по словам профессора Я. Д. Смородинского, «…представляет собой очень сложную систему, с которой придется еще много повозиться, пока станут ясными хотя бы основные закономерности».

Одно время казалось, что стоит лишь побыстрее разогнать частицы-снаряды в ускорителе и посильнее стукнуть ими по ядру, как оно, наконец, откроет что-то принципиально новое и важное, проявит основные законы своего устройства.

И что же? Разогнали. Стукнули. И… из ядра, словно из рога изобилия, посыпались новые частицы, как оказалось, никакого отношения не имевшие к его внутреннему устройству. Чем сильнее стукали, тем чаще, с большей вероятностью они появлялись. Перед физиками открылся неведомый, густонаселенный мир элементарных частиц, живущих по своим, «ядром не писанным» законам. Возникли сотни труднейших специфических вопросов, ими пришлось заняться новой отрасли — физике элементарных частиц, у которой за несколько десятков лет накопилась своя богатейшая история взлетов и падений, успехов и неудач. …И пошли по разным дорогам физика атомного ядра и вышедшая из ее чрева физика элементарных частиц. Но так ли уж по разным?

Эти две области физики можно уподобить двум станциям кольцевой дороги, между которыми в обе стороны циркулируют поезда — идет непрерывный обмен идеями, методами, данными и прочей теоретической и экспериментальной информацией.

На первых порах альянс двух областей физики микромира был, если можно так выразиться, сугубо утилитарным. В основном это сводилось к использованию ускоренных элементарных частиц — электронов, протонов, мезонов — в качестве зонда, которым физики пытались прощупать глубинные детали структуры ядра.

В последние же годы оживленно обсуждается вопрос уже о внутренней структуре самого протона и других адронов — частиц, играющих роль основных узлов конструкции ядра. Заговорили о кварках, протонах, из которых мог бы состоять протон. Стоило лишь «копнуть» поглубже (то бишь увеличить энергию), как бывшие элементарные частицы сами стали походить на ядра, заполненные нуклонами. Получилось так, что ядра, состоящие из нуклонов, вполне можно избрать моделью элементарной частицы, состоящей из кварков. Но это еще не все!

Сейчас научились разгонять до околосветовых скоростей и атомные ядра. И выяснилось, что, становясь быстрыми (их называют релятивистскими), ядра, в свою очередь, начинают походить на элементарные частицы. Так же, как в столкновениях двух нуклонов рождаются десятки новых частиц, соударения релятивистских ядер кончаются точно тем же. Но дело не ограничивается только этим, в некотором смысле внешним сходством. Попав в мир релятивистских скоростей, мир высоких энергий, ядра и поведение свое начинают подчинять законам, казавшимся применимыми только к элементарным частицам.

И, наконец, уж совершенно поразительное сходство ядер с частицами открылось недавно экспериментаторам, работающим на ускорителе релятивистских ядер. Ядро тяжелого водорода — дейтон — обычно представляет собой рыхлую, слабо связанную систему двух нуклонов — протона и нейтрона. Но при высоких энергиях, ударяясь в мишень, дейтон начинает вести себя как одна плотная компактная частица. А если вспомнить, что протон, по всей видимости, собран из трех крепко «склеенных» кварков, то получается, что дейтон, состоящий при низких энергиях из двух почти самостоятельных трехкварковых частиц, в новых условиях превращается в единый шестикварковый объект.

Другими словами, если при низких энергиях 2X3 было не эквивалентно 1Х6, то при высоких энергиях это становится тождеством! И, может быть, при еще больших энергиях уже совсем не отличить ядра от частицы?

Автор: Ю. Слюсарев.