196
Глава 1.
1.1.2. Современные модели атомных ядер
Параллельно с созданием инструмента для исследований структур атомных ядер шло создание ядерных моделей, призванных объяснить те или иные свойства ядер и соответственно уточнить направления экспериментальных работ [28].
Проведенные на ускорителях эксперименты позволили выявить многие параметры ядер атомов и так называемых «элементарных частиц» вещества.
Определились параметры нейтрона и протона, которые вошли во все мировые справочники, включая их массу, размеры, спин, электрический заряд и магнитный момент. Определились размеры радиусов R атомных ядер как
R = аЛиз, (1.1)
Здесь а = 1,12 ф = 1,12-10-15 м, А - число нуклонов в ядре (в сложных ядрах это число немного больше и колеблется от 1,2 до 1,4). Выяснена плотность ядерного вещества, равная примерно 1018 кг/м3. Определены эффективные радиусы взаимодействия нуклонов и ядер атомов, энергии связей нуклонов, квантовые характеристики ядер и многое другое. Таким образом, получен большой фактический материал, позволяющий судить о ядерных процессах. Для лучшего понимания этих процессов рядом исследований разработаны модели ядер.
Прежде всего, разработана мезонная модель межнуклонного взаимодействия, в соответствии с которой взаимодействие между нуклонами обеспечивается мезонным обменом, т.е. испусканием и поглощением мезонов - микрочастиц, масса которых различна и составляет величину от массы электрона до массы протона. Но открыты и мезоны с массой, превышающей массу протона. Все они обладаю очень малым временем жизни, но сам это процесс считается установленным и пересмотру не подлежит. А далее на
Нуклоны и атомные ядра
197
этой основе строятся различные ядерные модели - оболочечная, согласно которой в атомном ядре каждый нуклон находится в определенном индивидуальном квантовом состоянии, ротационная (ядро представляет собой эллипсоид вращения), сверхтекучая, в соответствии с которой вещество ядра находится в сверхтекучем состоянии, и некоторые другие - вибрационная, кластерная (блочная) и т.д. каждая из этих моделей объясняет они особенности структуры ядер, но испытывает трудности при попытках объяснения других особенностей, поэтому признано, что удовлетворительной, а главное, физической модели атомных ядер до сих пор не найдено.
Кроме того, математический аппарат, описывающий все эти модели, становится все более сложным, и возникают уже математические трудности, которые требуют отдельных исследований. Поэтому последовательное объяснение даже наиболее важных свойств ядер на прочной основе общих физических принципов и данных о взаимодействиях нуклонов остается пока одной из нерешенных фундаментальных задач современной теоретической физики.
В настоящее время стала модной теория кварков [23], согласно которой тяжелые частицы построены из различных комбинаций «истинно элементарных» частиц - трех кварков и трех антикварков, каждый из которых имеет массу порядка пяти протонных масс. Соединение кварков между собой приводит к преобразованию масс кварков в энергию связи, в результате, соединившись, например, в протон, три кварка, имеющий каждый по 5 протонных, а в сумме 15 протонных масс, сохраняют в виде массы только одну протонную массу, остальные 14 протонных масс преобразуются в энергию связей кварков между собой. Правда, в экспериментах кварков так и не нашли...
Наряду с рассмотрением атомного ядра, как состоящего из элементарных частиц, был выдвинут ряд ядерных моделей, т.е. приближенных методов описания, основанных на отождествлении ядра с какой-либо системой, свойства которой либо хорошо
