2

Протонно-нейтронная модель атомного ядра

8 мая 1932 года советский физик Д. Д. Иваненко выступил в журнале «Nature» с гипотезой о протонно-нейтронном строении ядра, которая полностью разрешала трудности электронно-протонной модели. По модели Иваненко, все ядра состоят из Z протонов и (A – Z) нейтронов, в частности, ядро азота состоит из 7 протонов и 7 нейтронов. Таким образом, полное число нуклонов в ядре азота оказывалось четным, а значит, ядро азота должно было подчиняться статистике Бозе-Эйнштейна, что снимало проблему «азотной катастрофы».

В июне 1932 года с большой статьей о протонно-нейтронной модели ядра выступил В. Гейзенберг. В 1933 году эту модель поддержал и Э. Майорана. Однако вначале протонно-нейтронная модель ядра была встречена скептически большинством физиков. Она, на первый взгляд, противоречила испусканию ядрами электронов при распаде.

В сентябре 1933 года в Ленинграде состоялась международная конференция по атомному ядру. Выступивший на ней Иваненко решительно защищал протонно-нейтронную модель ядра, отметив, что появление электронов при распаде следует, по-видимому, трактовать как рождение частиц, «по аналогии с излучением светового кванта, также не имевшего индивидуального существования до испускания из атома». Вопреки мнению многих физиков, считавших недавно открытый нейтрон просто-напросто сложным образованием протона и электрона, Иваненко отвергал идею о сложной структуре нейтрона. По его мнению, и нейтрон и протон «должны, по-видимому, обладать одинаковой степенью элементарности».

В 1932 году были осуществлены первые ядерные превращения под действием нейтронов (Н. Фезер, Л. Мейтнер, У. Харкинс). В 1933 году Ирен и Фредерик Жолио-Кюри, исходя из энергетического баланса ядерных реакций с участием нейтронов, впервые вычислили массу нейтрона с высокой точностью, установив, что она превышает массу протона, а значит, нейтрон может превращаться в протон. В 1935 году в работах Дж. Чедвика, М. Гольдхабера, Г. Бете, М. Олифанта и Э. Резерфорда был предсказан распад свободного нейтрона на протон, электрон и нейтрино.

П

Открытие сильных взаимодействий

осле открытия Э. Резерфордом атомного ядра, после создания протонно-нейтронной модели строения ядра одной из центральных задач ядерной физики стало выяснение природы ядерных сил. Ядерные силы не могли быть силами электромагнитного происхождения, т.к. действовали не только между заряженными, но и между нейтральными частицами. Было очевидно, что ядерные силы – это силы притяжения, что следовало из существования стабильных ядер, состоящих из протонов и нейтронов.

Эксперименты Резерфорда по рассеянию частиц ядрами показали, что до расстояний примерно 10^12 см результаты опытов можно объяснить в предположении о чисто кулоновском взаимодействии частиц с ядром. Это означало, что ядерные силы являются короткодействующими с радиусом действия не более 10^12 см. Взаимодействие между нуклонами в ядре должно было быть сильнее любого из остальных известных к тому времени взаимодействий, в том числе и наиболее сильного из них – электромагнитного. Это опять таки следовало из факта существования стабильных ядер, включающих одноименно заряженные частицы – протоны. Поэтому в начале 30-х годов XX столетия сформировалось представление о том, что между нуклонами в ядрах существует особое взаимодействие – сильное.

Приближенное постоянство величины удельной энергии связи для большинства ядер периодической системы указывало на то, что ядерные силы обладают свойством насыщения. В 1932 году к этому выводу пришел В. Гейзенберг, в 1933 году, независимо от него, – Э. Майорана.