Этот «цифровой» физический мир - Андрей Гришаев

Тогда уместен вопрос: что связывает между собой α-комплексы, удерживая большое ядро в целом? Напрашивается ответ: большое ядро в целом может удерживаться за счёт происходящих время от времени таких переключений связей, которые переформировывают составы α-комплексов. Действительно, из-за различающихся энергий связи атомарных электронов, т.е. различающихся частот атомных модуляций, переключения связей в α-комплексах, особенно в разных, происходят не синхронно. Неизбежны ситуации, когда протон, по завершении своего «мёртвого» полупериода для ядерных связей, вновь готов к их включению – а два нейтрона, с которыми он был связан до этого, всё ещё «заняты». Тогда протону потребуется новая «свободная» пара нейтронов. Как можно видеть, для того чтобы большое ядро было в целом стабильно, оно должно содержать некоторое избыточное число нейтронов, по сравнению с числом протонов. Если принять во внимание, что, по мере роста атомного номера, разность между самой большой и самой малой энергиями связи атомарных электронов становится всё больше, и переключения связей в α-комплексах становятся всё менее синхронными, то для стабильности ядра требуется наличие в нём всё большего числа избыточных нейтронов – что и наблюдается в действительности. Причём, избыточные – на текущий момент – нейтроны в ядре, согласно нашей модели, не охвачены ядерными связями, т.е. они являются, как это ни парадоксально, свободными. Следовательно, в больших ядрах нейтроны, из-за избыточности своего числа, охватываются ядерными силами только поочерёдно – и стабильность таких ядер обеспечивается не статичностью структуры связей в нём, а, наоборот, высокой динамичностью этой структуры.

Для сравнения отметим, что избыточность нейтронов, требуемая для стабильности ядра, традиционно объясняется необходимостью противодействия силам «кулоновского расталкивания» ядерных протонов, роль которого возрастает по мере роста атомного номера. Считается, что избыточные нейтроны «разрыхляют» ядро, ослабляя этим «кулоновское расталкивание». Но, не говоря уже о ничтожности эффекта от такого «разрыхления» по сравнению с ядерными силами, имеются явные указания на то, что кулоновское взаимодействие практически не играет роли в ядерных структурах. В самом деле, большие ядра с недостатком нейтронов – по сравнению с ядрами из «дорожки стабильности» [М3] – должны, по традиционной логике, разваливаться кулоновскими силами или, по крайней мере, испускать протоны. В действительности, такие ядра подвержены β+-распаду, т.е. они испускают позитроны [М3]. Наличие же дополнительного числа нейтронов сверх того, которое требуется для «ослабления кулоновского расталкивания», делало бы ядра, согласно традиционной логике, ещё более устойчивыми. Но и это не так: большие ядра с избытком нейтронов – по сравнению с ядрами из «дорожки стабильности» - подвержены β--распаду, т.е. они испускают электроны [М3]. Как можно видеть, у больших ядер с числом нейтронов, большим или меньшим некоторого оптимального, типичные судьбы совсем не похожи на те, которые следовали бы из наличия в ядре заметных кулоновских сил.

Можно возразить, что эти рассуждения не доказывают «отключенности» электрических зарядов в ядре. Где, мол, прямые экспериментальные свидетельства об этом? Да вот же они – настолько прямые, что прямее не бывает. Странатан [С1] написал: «…весьма трудно разрушать тяжёлые ядра путём бомбардировки α-частицами, главным образом благодаря трудности проникновения дважды заряженной α-частицы в ядро с высоким положительным зарядом. Однако… существуют определённые резонансные энергии, при которых α-частицы не очень больших энергий могут проникать в эти ядра» - и дал ссылку на работу [Ч3]. Может, Странатан что-то неправильно понял? Отнюдь! Чедвик и Констебль [Ч3] обстреливали ядра фтора и алюминия α-частицами, которые испускал радиоактивный полоний. Энергетический спектр α-частиц полония был хорошо известен: их максимальная энергия составляла ≈5.3 МэВ. Элементарный расчёт показывает, что если бы α-частица кулоновски отталкивалась от ядра, то, имея энергию 5.3 МэВ, она не смогла бы добраться ни до границы ядра фтора, ни до границы ядра алюминия. К тому же, «из наблюдений аномального рассеяния α-частиц алюминием известно, что высота потенциального барьера у ядра алюминия (для α-частицы) составляет примерно 7-8 МэВ. α-частицы полония (5.25 МэВ) должны, таким образом, пройти сквозь этот барьер, чтобы быть захваченными» [Ч3] (перевод наш). Тем не менее, α-частицы с определёнными энергиями (меньшими, чем 5.25 МэВ!) проникали в ядра и инициировали ядерные реакции – о чём судили, регистрируя «протоны дезинтеграции» [Ч3]. Сам факт резонансных пиков энергии α-частиц, проникавших в ядра, говорит о том, что имело место не т.н. «туннелирование» сквозь барьер (с ничтожно малой вероятностью), а закономерное явление – т.е., α-частицы с низкими энергиями проникали в ядра вполне непринуждённо! Правда, эти энергии были резонансными – но куда при этом девалось «кулоновское отталкивание»? Много ли сегодня найдётся физиков, которые знают про эти ошеломляющие факты? Или физики предпочли забыть это, как кошмарный сон?

Но вернёмся к нашей модели. Мы можем объяснить – по крайней мере, качественно – почему чётно-чётные ядра имеют систематически большую энергию связи на нуклон. Эта величина, как можно видеть, зависит от того, насколько оптимально синхронизированы переключения связей в ядре. При нечётном числе протонов, какому-то из них всегда будет недоставать компаньона, чтобы, вместе с двумя нейтронами, образовать α-комплекс – отчего переключения связей будут происходить не в оптимальном режиме. Ещё менее оптимально они будут происходить и при нечётном числе нейтронов: даже в условиях их «избыточности», при оптимальных переформированиях α-комплексов нейтроны сменяются парами – для чего именно парами они и должны быть рассредоточены по объёму ядра. Кстати, тем, что ядерная связь возможна лишь между протоном и нейтроном, легко объясняется тот факт, что в природе не бывает нуклонных комплексов из одних протонов или одних нейтронов.

Добавим, что предложенная модель ядерных сил объясняет – по крайней мере, качественно – главную особенность расположения ядерных уровней энергии, о которых судят по спектрам характеристического гамма-излучения. В отличие от атомных уровней, которые сгущаются при приближении к уровню ионизации, промежутки между ядерными уровнями примерно постоянны – «удивительным является то, что возбуждаемые уровни располагаются со столь правильными интервалами» [Д8]. Между тем, эта особенность ядерных спектров является, в нашей модели, следствием резонансных соотношений в связанных нейтронах. Врезка на Рис.4.12 иллюстрирует происхождение резонансных соотношений между частотами нуклонных пульсаций и ядерных прерываний: на полупериоде второй из них должно укладываться целое число полупериодов первой. При этом характерный промежуток между ядерными уровнями составляет около 0.4 МэВ [Г6] – что согласуется с опытными данными [Д8]. Кроме того, мы усматриваем ещё одно резонансное соотношение: на периоде электронных пульсаций должно укладываться целое число периодов ядерных прерываний. Результирующее разделение подуровней составит около 14 кэВ [Г6], а полные ширины ядерных линий, из-за этого тонкого расщепления, могут составлять сотни кэВ (см., например, [Л6]).

Как можно видеть, наш ключевой тезис, позволяющий объяснить особенности ядерных спектров, таков: возбуждается не ядро в целом, возбуждаются отдельные α-комплексы в нём. Конечно, наше объяснение особенностей ядерных спектров можно рассматривать лишь в качестве первого приближения. Но другие модели ядерных сил, насколько нам известно, не дают объяснения этих особенностей даже в первом приближении – ограничиваясь лишь классификацией ядерных уровней.

Наконец, кратко остановимся на ещё одном феномене - β+-распаде, который, в отличие от β--распада, должен происходить весьма необычно. Действительно, при β--распаде ядерный нейтрон превращается в протон с выстреливанием электрона, т.е. происходит обычный распад нейтрона. Но при β+-распаде ядерный протон превращается в нейтрон с выстреливанием позитрона. Мало того, что такое превращение не обеспечено собственной энергией протона – и, как полагают, недостающая энергия «восполняется ядром» [М3]. Для превращения протона в нейтрон с освобождением позитрона требуется, с учётом вышеизложенных представлений о протоне и нейтроне, участие ещё одной частицы – предельно связанной пары (). Напомним, что в такой паре электрон связан с позитроном, причём энергия связи составляет 511 кэВ. Такая пара имеет массу электрона и нулевой электрический заряд – т.е., известный зарядовый дублет лептонов, e- и e+, можно дополнить до триплета e-, e+ и e0, где символом e0 мы обозначили предельно связанную пару. И реакция, происходящая при β+-распаде, имеет, как мы полагаем, следующий вид: