Вселенная в электроне

Тем не менее идея объяснить внутриядерные силы бадминтоном каких-то новых частиц выглядела очень привлекательной. Это одна из тех идей, которые играют роль теоретического трамплина. Молодой японский теоретик Хидеки Юкава пошел дальше по этому пути. Он решил атаковать задачу с тыла — предположил, что протоны и нейтроны обмениваются какой-то еще неизвестной нам частицей, и путем сравнения расчетов с опытом попытался установить ее свойства. У него получилось, что эта частица должна быть в двести — триста раз тяжелее электрона, а частота ее испускания и поглощения в процессе бадминтона раз в тысячу больше, чем для фотона. Бадминтон, когда вместо размеренной игры с легким электромагнитным воланчиком партнеры с огромной быстротой перебрасываются тяжелым валуном!

Частица, с массой в двести раз большей массы электрона, вскоре действительно была обнаружена в космических лучах. Ее назвали мезоном, опять воспользовавшись греческим корнем. «Мезо» по-гречески означает «средний». Средний между электроном и протоном.

Используя греческие корни для своих терминов, физики отдают дань уважения первым ученым-атомистам.

Итак, молекулы и атомы скреплены электромагнитными силами. Именно эти силы играют здесь роль «строительного цемента». Внутри ядер действуют в тысячу раз более мощные мезонные силы. Поэтому ядра намного плотнее атомов. Грубо говоря, в триллион раз. Для сравнения напомним, что плотность воздуха и железа различается всего лишь десять тысяч раз, а здесь — триллион!

Вокруг таблицы Менделеева

Задержимся еще немного на ступени атомных ядер. Здесь много интересного.

Как известно, число протонов в ядре оказалось равным номеру химического элемента в периодической таблице, составленной более ста лет назад Д. И. Менделеевым. Ядра с одинаковым числом протонов могут быть «нагружены» различным числом нейтронов. Такие ядра и соответствующие им химические элементы принято называть изотопами, то есть «равнорасположенными» (находящимися в одной и той же клетке таблицы), от сочетания слов «изо» — равный и «топ» — положение. Изотопы почти не различаются по своим химическим свойствам, но, как правило, сильно отличаются по ядерным. Например, один изотоп может быть равнодушным к блуждающим вокруг него нейтронам, а другой, наоборот, жадно их поглощает, увеличивая свою массу.

Чем больше в ядре протонов, тем сильнее они его распирают — ведь все они имеют одинаковый положительный заряд. Когда их становится слишком много, мезонные «ремни» не выдерживают, рвутся, и ядро распадается. Поэтому таблица Менделеева обрывается где-то недалеко за сотым элементом. Самый устойчивый изотоп ядра с номером 94 (это плутоний, из которого делают атомные бомбы) живет в среднем около двадцати пяти тысяч лет. 101-й элемент, менделевий, распадается, прожив пятьдесят — шестьдесят дней. А последний, самый тяжелый, известный сегодня элемент с номером 109 существует всего лишь доли секунды.

Охотиться на новые элементы очень непросто. В дебрях ядерных реакций они рождаются считанными единицами. Рождаются и тут же исчезают. Единственное, что успевают сделать физики, — засечь время их жизни от рождения до распада да еще попытаться заметить какие-нибудь следы цепочки радиоактивных превращений, в конце которой образуется новый элемент. Это все равно, как если бы охотник старался определить, какого зверя он встретил в лесу, по редким царапинам на коре дерева да скорости, с какой неведомый зверь перебежал поляну.

Здесь часто бывают ошибки и много споров. Появляется сообщение об открытии нового элемента, а физики из другой лаборатории утверждают, что это всего лишь новый изотоп давно известного ядра. Споры длятся долгие годы, иногда десятилетия.

Скептики шутят, что поиск новых элементов напоминает ловлю черной кошки в темной комнате, когда неизвестно, сидит она там или давно уже сбежала. И тем не менее найдено уже 109 достоверно подтвержденных элементов!

Могут спросить: а зачем это нужно? Ну будет изготовлен (синтезирован, как говорят физики) еще один элемент, живущий сотую долю секунды? Дорогостоящий научный спорт, погоня за рекордами?

Расчеты говорят, что в окрестностях 112-й клетки таблицы Менделеева, по-видимому, существует «остров стабильности». Внутриядерные частицы собираются там в особо устойчивые группы. Такое иногда бывает — добавляется в нужных местах несколько подпорок, и разваливающаяся конструкция становится вдруг устойчивой. Но больше добавить нельзя — упадет.

Как долго живут сверхтяжелые ядра на «острове стабильности», точно неизвестно. Возможно, годы или десятки тысяч лет, как плутоний, а может, найдутся такие, которые вообще не будут распадаться. Такие ядра были бы прекрасным ядерным горючим. Они на пределе устойчивости, поэтому стоит задеть их слегка нейтрону в атомном реакторе, как они распадутся с выделением большой энергии. Концентрированное топливо для звездолетов, компактные атомные батареи для судов и самолетов да мало ли что еще! Исследования продолжаются.