же 1933 года, Гейзенберг сойдет с этих шатких позиций. В октябре на VII Сольвеевском физическом конгрессе в Брюсселе он заявит: попытки истолковывать бета-распад как сосуществование внутриядерных электронов с нуклонами не выдерживают критики.
Изгнание электронов из ядра и воцарение там нейтронов положило конец «азотной катастрофе».
Спин нейтрона равен 1∕2, как и у протона. Общее число нуклонов в ядре азота четное — 14. Потому-то у него суммарный спин целый. Но бывают ядра и с полуцелым спином. Значит, общее количество нейтронов и протонов в них нечетно.
Новая модель дала возможность точно рассчитывать энергию, высвобождающуюся при радиоактивном распаде.
Дважды два — четыре. Эта арифметическая истина в странном мире ядерных частиц терпит неожиданное фиаско. Оказывается, любое ядро всегда легче простой суммы несвязанных нуклонов, из которых оно возникло. «Недостача», — сказал бы ревизор.
«Дефект массы», — говорят физики. Правда, «материальный ущерб», нанесенный нуклонам при их коллективизации, полностью и тотчас возмещается в драгоценнейшей «валюте» — энергетической, причем такая компенсация в точности равна дефекту массы, умноженному на скорость света в квадрате.
Вся ядерная энергетика зиждется на этой закономерности, о чем бы ни шла речь — о синтезе легких ядер или же о делении тяжелых. У нейтрона масса не точно такая же, как у протона, хотя и близка к ней по своей величине. Эта разница играет существенную роль при вычислениях дефектов масс и энергетических эффектов, когда учитываются ничтожнейшие доли нуклонной плоти. Понятно, к каким грубым ошибкам приводили бы расчеты на основе протонно-электронной модели, если они вообще были бы возможны. Прочность ядра, его способность делиться, другие кардинальные его свойства зависят от соотношения между количествами нейтральных и заряженных частиц, составляющих сердцевину атома.
Стоит ли говорить, какое значение приобрела в руках теоретиков и экспериментаторов иваненковская модель?
Но так уж повелось, что разрешение одной проблемы немедленно ставит новые вопросы. Какими узами связаны вместе ядерные нуклоны?
Протоны — одноименно заряженные частицы. Они отталкиваются друг от друга. Что же спаивает их в дружный коллектив? Гравитационное взаимодействие? Нет, оно слишком слабо, чтобы противостоять электростатической вражде. Не может оно обеспечить и сильное взаимное влечение незаряженных нейтронов, способное сцементировать их вместе с протонами в сверхплотный ядерный сгусток.
Над этой загадкой мучительно бились физики всего мира. Ломал над ней голову и Энрико Ферми.
Однажды неутомимого римского исследователя осенила идея, которая обещала стать ключом к таинственному, за семью печатями, ядерному ларцу.
Великий итальянец уже засел было за изложение своей концепции, как вдруг…
В одном из номеров «Нэйчур» за 1934 год он прочитал две публикации, еще раз доказывавшие, что идеи «носятся в воздухе». И что в далекой, в такой, по слухам, «неевропейской» России есть свои физики — настоящие профессионалы, занятые проблемами атома.
Одну статью, напечатанную в «Нэйчур», написал москвич И. Е. Тамм, ныне академик, лауреат Нобелевской премии, другую — ленинградец Д. Д. Иваненко. Они дали новый подход к проблеме, после чего она, наконец-то, была выведена из тупика.
Какова же, по Тамму и Иваненко, природа ядерных сил?
Чтобы объяснить, как действуют силы на расстоянии, физики ввели особое понятие — «поле».
Например, поле гравитационное. Или электромагнитное.
Ни то, ни другое не годилось, чтобы объяснить притяжение нуклонов. А других полей физики не знали.
Тамм и Иваненко предположили: есть специфическое поле ядерных сил, не похожее ни на одно из уже знакомых и все же чем-то напоминающее их.
Было известно, что, например, взаимное влечение или отталкивание зарядов обусловлено тем, что они обмениваются квантами электромагнитного поля — фотонами. Перебрасываются ими, как жонглеры кольцами или игроки в пинг-понг пластмассовым шариком. Таким образом партнеры влияют на поведение друг друга. Тамм и Иваненко высказали гипотезу: такое же обменное взаимодействие связывает и нуклоны в ядре. Оно несравненно мощнее, чем гравитационное или электромагнитное, только проявляется на гораздо более коротких дистанциях. И здесь тоже должен существовать свой посредник в межнуклонном обмене. Какой же?
Не фотон, это ясно: он обеспечивает слишком слабую связь. Быть может, электрон? Расчеты, проделанные Таммом, показали: нет, он не годится на роль внутриядерной «разменной монеты» — мешало то, что у электрона полуцелый спин, а не целый, как у фотона. Нейтрино? Тоже нет: у него спин, как и у электрона, равен одной второй. Были и другие неувязки. А если нуклоны обмениваются сразу двумя частицами? У пары электрон — нейтрино суммарный спин целый! Увы, даже вдвоем этим тщедушным частицам не по плечу обеспечить чудовищно сильное тяготение между нуклонами.
Расчеты советского ученого упорно давали отрицательный результат. Что же тогда служит посредником в обменном взаимодействии, что? Оставалось сделать последний шаг, но… Наука в большей степени, нежели поэзия, «вся — езда в незнаемое».
Впрочем, разве мало сделано? Показав, что понятие поля универсально, эти работы словно открыли глаза физикам. Достаточно четким пунктиром они наметили зоны будущих раскопок на карте силовых полей — там мог лежать еще не найденный заветный «золотой ключик» к ядерному ларцу.
Так оно и случилось. Ответ на поставленный вопрос пришел меньше чем через год из японского города Осака. Ссылаясь на основополагающие работы Тамма и Иваненко, молодой преподаватель
Хидеки Юкава высказал догадку: обменные силы в ядре, видимо, обязаны своим происхождением частице с нулевым спином, которая в 200–300 крат тяжелее электрона и соответственно в 6–8 раз легче нуклона. «Мезон» (от греческого «мезос» — «средний») — так нарекли потом этого гипотетического «невидимку», которому суждено было еще некоторое время скрываться от физиков, пока, наконец, он не попался им в сети из потока космических лучей.
Вскоре Юкава разработал теорию мезонного поля, за что в 1949 году удостоился Нобелевской премии.
По представлениям Юкавы, внутри ядра протон и нейтрон непрерывно обмениваются заряженными 98 мезонами, превращаясь друг в друга. Нейтрон с нейтроном, как и протон с протоном, тоже перебрасываются мезонами, но уже нейтральными.
Говоря об истоках этой замечательной теории в ее сорокалетний юбилей (1945 год), японский физик профессор Ш. Саката, ученик X. Юкавы, отдаст должное работам советских ученых: «Мало кто пытался вскрыть сущность ядерных сил. До профессора Юкавы мы можем назвать только Тамма и Иваненко».
Двойники и самоубийцы
Три десятилетия с лишним наука об атоме «пробавлялась» только тремя видами радиоактивных излучений: альфа, бета и гамма. Первые два были открыты Резерфордом в
