102
Глава 4.
В дальнейшем выяснилось, что многочастичная квантовая система с сильными ядерными взаимодействиям, каковой являлась модель ядра, с теоретической точки зрения является исключительно трудным для анализа объектом. Трудности связаны не только с количественно точными вычислениями физических величин, характеризующих ядро, но даже с качественным пониманием основных свойств ядерных состояний, спектра, энергетических уровней, механизма ядерных реакций. Поэтому физики вынуждены строить и другие модели, с помощью которых можно хоть как-то понять структуру и механизм нуклонных взаимодействий.
Одной из таких моделей является оболочечная модель ядра, прообразом которой является планетарная модель атома. Атомное ядро в ней рассматривается как квантовая жидкость, а ядро в основном состоянии - как вырожденный фермионный газ квазичастиц, которые эффективно не взаимодействуют друг с другом, поскольку всякий акт столкновения, изменяющий индивидуальные состояния, запрещен (?! -
В.А.) принципом Паули.
В других вариантах оболочечной модели вводится эффективное взаимодействие между квазичастицами в каждой оболочке, приводящее к перемешиванию первоначальных конфигураций индивидуальных состояний. Иногда в модели вводят различного рода дополнительные взаимодействия, например, взаимодействия квазичастиц с колебаниями поверхности ядра для достижения лучшего согласия теории с экспериментом. Таким образом, оболочечная модель фактически является полуэмпирической схемой, позволяющей понять некоторые закономерности структуры ядра, но не способной последовательно ни качественно, ни количественно описать свойства ядер. Однако некоторые успехи, конечно, есть: объяснены частично магические числа нейтронов и протонов в ядрах, при которых энергия связей наибольшая, частично определен порядок заполнения оболочек и т. п.
В 1950 г. американским физиком Рейноутером выдвинута ротационная модель несферического ядра, в соответствии с которой ядро представляет собой эллипсоид вращения. Фактически, это всего лишь стереометрическая описательная модель. Ротационная модель рассматривает движение ядра как сочетание вращения всего ядра с движением отдельных нуклонов в несферическом потенциальном поле. Эта модель позволяет описать некоторые существенные свойства большой группы ядер, но ее исходные положения постулированы в
Попытки создания не традиционных физических теорий
103
соответствии с эмпирическими данными о ядре. Она не выведена из «начальных принципов».
Существуют еще некоторые модели атомных ядер — сверхтекучая модель, в соответствии с которой ядро рассматривается состоящим из сверхтекучей ядерной жидкости (Н.Н.Боголюбов, 1958), вибрационная модель, учитывающая коллективные возбуждения сферических ядер путем рассмотрения поверхностных и квадрупольных колебаний жидкой капли, кластерная модель и др. Все ядерные модели играют роль более или менее вероятных рабочих гипотез. «Последовательное же объяснение наиболее важных свойств ядер на прочной основе физических принципов, - отмечает И.С.Шапиро [1], - и данных о взаимодействии нуклонов остается пока одной из нерешенных фундаментальных проблем современной физики».
Хотелось бы обратить внимание на некоторые особенности разработки рассмотренных выше ядерных моделей и исследований процессов в атомном ядре.
Ядерная теория и ядерные модели возникли и уточняются по мере накопления эмпирических данных о ядрах и ядерных реакциях. Поскольку эти данные непрерывно пополняются, то и модели, и теории соответственно надстраиваются. Эти надстройки становятся все сложнее, теории все запутаннее. Привлекаются все более абстрактные представления, не имеющие к реальности никакого отношения, и куда все это придет, и что все это даст - никто не имеет представления.
Не ставя перед собой задачи понять внутреннюю структуру нуклонов, физическую природу сильного взаимодействия, выбросив из рассмотрения среду, окружающую нуклоны, и строительный материал самих нуклонов, метафизически исповедуя всевозможные «принципы» и «правила», выведенные из планетарной модели электронных оболочек атома, но, беспредельно распространяя их на совершенно иные условия
- условия атомного ядра, атомная физика в познании ядра обрекла себя на тупик. К этому еще прибавилась «принципиальная» безразмерность и бесструкгурность элементарных частиц вещества.
Стремление хоть как-то разобраться в устройстве элементарных частиц вещества вызвало появление моделей этих частиц, среди которых наибольшее признание получила кварковая модель.
В соответствии с кварковой моделью, разработанной в 1964 г. американским физиком Гелл-Маном и австрийским физиком Цвейгом,
