188
Глава 1.
Глава 1. Нуклоны и атомные ядра
Изыскать модель и детерминистскую механику индивидуальных микрообъектов, допускающую в качестве объективной статистической механики обычную квантовую механику
Жан Поль Вижье [1]
1.1. Краткая история исследований атомного ядра и существующие модели атомных ядер
1.1.1. Открытие атомного ядра и экспериментальные исследования строения вещества
Существование атомного ядра было открыто английским исследователем Э.Резерфордом в 1911 г. [2]. Проводя опыты по пропусканию альфа-частиц, излучаемых естественным радиоактивным источником (в те времена - радием), через тонкую фольгу различных веществ, он обнаружил, что альфа-частицы чаще, чем это предполагалось, рассеиваются на большие углы. Резерфорд правильно истолковал этот факт как наличие в атоме положительно заряженного ядра, имеющего существенно меньшие размеры, чем сам атом. До Резерфорда в атомистике господствовали представления Дж.Томсона, согласно которым положительный заряд атома считался равномерно распределенным по всему объему атома, а электроны были вкраплены более или менее равномерно в этот объем, как изюминки в тесто. В 1919 г. Резерфорд обнаружил среди частиц, выбитых из атомных ядер, протоны - частицы с единичным положительным зарядом и массой, в 1840 раз превосходящей массу электрона.
Следует отметить высочайшую тщательность проведенных Резерфордом экспериментов. Как теперь известно, радиус ядра атома имеет размер порядка 10-15 м, в то время как радиус атома имеет порядок 10-10 м. Это значит, что площадь сечения атома в 1010 раз превышает площадь атомного ядра, т.е. в 10 млрд. раз, и,
Нуклоны и атомные ядра
189
следовательно, из 10 миллиардов альфа-частиц, которыми Резерфорд обстреливал мишени, только одна будет отражена, и ее нужно будет зафиксировать и к тому же измерить угол, под которым она отражена. А, кроме того, нужно еще набрать весомый статистический материал. Это значит, что опыты должны длиться достаточно долго.
Ко времени открытия атомного ядра были известны только две элементарные частицы - электрон и протон. В соответствии с этим считалось вероятным, что атомное ядро состоит из них. Представление о протоне возникло в начале ХХ века в виде гипотезы о том, что все ядра состоят из ядер атомов водорода. В 1919-1920 гг. Резерфорд экспериментально наблюдал ядра водорода, выбитые из других элементов альфа-частицами, он же в начале 20-х годов ввел термин «протон» [2].
Идея Резерфорда была принята его современниками не сразу. Главным препятствием была убежденность в неизбежном падении атомных электронов на ядро из-за потери энергии на электромагнитное излучение при движении по орбите вокруг атомного ядра, что в дальнейшем было устранено постулатами Бора. На самом деле, само это убеждение основано на недоразумении, поскольку в планетарной модели электроны вращаются вокруг ядра, и они действительно испытывают ускорение, но не тангенциальное, а нормальное, центростремительное. Однако только касательное ускорение будет сопровождаться либо наращиванием энергии (при ускорении), либо потерями (при замедлении), и это никакого отношения не имеет к природе центростремительного ускорения, которое при круговом вращении сохраняет энергию неизменной, если только в связях ядра и вращающегося электрона не происходит необратимых потерь.
Большую роль в признании планетарной модели Резерфорда сыграла знаменитая работа Н.Бора [3]
В 1913 г. Бор, исходя из идеи квантования энергии, выдвинутой ранее М.Планком (1900) в теории излучения, разработал теорию атома, в которой показал, что планетарная структура атома
