Белые пятна

Чему же в таком случае приписать те слова о «белых пятнах», с которых мы начинали эту главу? Казалось бы, успехи теории так велики и бесспорны. Не только объяснены ядерные взаимодействия, нам даже удалось «заглянуть» внутрь частиц! Да, все это удалось — и о многом мы еще здесь не имели возможности упомянуть,— но удалось только в пределах качественного описания. Качественно, но, увы, не количественно!

Как только физики пытаются перевести все приведенные рассуждения на строгий язык уравнений и формул, сразу же возникает целый лес трудностей, многие из которых (да почти все) еще не удалось преодолеть. Есть и такие пункты, в которых теория пока не может похвалиться даже качественным описанием. Например, по ряду причин приходится вводить представление о том, что на очень маленьких расстояниях (как говорят, «порядка собственных размеров частиц») появляются новые силы, силы отталкивания. Какова их природа? Хотя на этот счет и высказывались различные мнения, нужно откровенно признать: мы еще этого достоверно не знаем.

Не знаем мы и много других, гораздо более простых, на первый взгляд, вещей. Нам даже не очень хорошо известны формы различных ядер, расположение в них частиц.

Впрочем, в описании структуры, а значит, и формы ядра достигнут значительный успех.

Ядра (во всяком случае тяжелые ядра) — это системы из многих очень сильно друг с другом взаимодействующих частиц. Теоретикам справляться с такими системами нелегко. Приходится строить приближенные теории. Одной из первых таких теорий была капельная (или гидродинамическая) теория Нильса Бора. Ядро во многом похоже на каплю. Молекулы в жидкости связаны короткодействующими силами; мал радиус действия и сил притяжения частиц в ядре (хотя природа их совсем иная). Но это еще не все.

В жидкости на одну молекулу (как и в ядре ка один нуклон) приходится всегда примерно один и тот же объем. Сходство внешнего рисунка взаимодействий делает гидродинамический подход к ядру очень заманчивым и, как оказалось, плодотворным. Капельная модель удобна при описании деления ядер, полезные формулы получаются и для колебаний ядер-капель, т. е. перехода к возбужденным состояниям. Но, разумеется, гидродинамический подход в ряде случаев слишком грубо отражает свойства ядер. В частности, вопрос о форме ядер в гидродинамическом подходе решается однозначно: невозбужденная капля сферически симметрична.

Следующий шаг в теории ядра связан с так называемой оболочечной моделью. Вы помните, что электроны в атомах, располагаются слоями, оболочками, каждая из которых имеет определенную энергию, магнитный и механический моменты и т. д.

Оказывается, в рамках разумных приближений можно ввести оболочки и в ядрах.

Ядро, как уже говорилось,— многочастичная система с чрезвычайно сложными внутренними связями, к тому же меняющимися каждое мгновение, Но именно такие системы описываются с помощью усредненных величин. Подумаем теперь, каким же является усредненное воздействие на каждую частицу. В толще ядра каждая частица испытывает в среднем одинаковое воздействие со всех сторон (сказывается влияние лишь ближайших соседей!), так что эти воздействия взаимно компенсируются. Ка границе же появляются силы, направленные внутрь ядра. Получается, что каждая частица находится как будто в яме, по дну которой она может беспрепятственно перекатываться, но стенки которой не выпускают ее наружу. Если теперь по всем правилам квантовой теории решить задачу о движении частиц в «потенциальной яме», учитывая принцип Паули, то получится, что нуклоны должны располагаться в ядре некоторыми оболочками.

1 2