Вскипают ли ядра при ядерных реакциях?
Поставлена под сомнение распространенная точка зрения, что горячие ядра, образующиеся в ядерных реакциях, активно испаряются. Экспериментальные данные удалось описать и без предположения о фазовом переходе жидкость—пар.
Как выяснилось в последние годы, кипение, плавление и другие фазовые переходы происходят не только в «обычном веществе», но и микромире и даже в галактических масштабах. В то время как астрофизики пытаются построить термодинамику звезд в галактиках и звездных скоплениях, физики, изучающие молекулы и субатомные частицы, ищут фазовые переходы в микроскопических сгустках материи.
Не так давно было открыто, например, что плавление атомных кластеров — процесс очень своеобразный и сопровождается удивительными явлениями. Более того, «плавиться» могут даже атомные ядра: в этом случае ядро вместо кучки отдельных протонов и нейтронов превращается в фемтокапельку кварк-глюонной жидкости. И вот в последние годы возникли подозрения, что в определенных ситуациях «горячие ядра» могут даже «закипать».
Речь идет о ситуации, когда два ядра не очень большой энергии сталкиваются и на короткое время превращаются в одно нестабильное «горячее ядро», то есть ядро с существенным избытком энергии. Что с этим ядром происходит дальше, известно пока плохо. То, что при очень высоких температурах оно закипает со взрывом, факт известный. Возможно, похожая картина — интенсивное испарение протонов и нейтронов — имеет место и при умеренных температурах. Или же от горячего ядра может отвалиться солидный кусок, как, собственно, это и происходит при реакции вынужденного деления тяжелых ядер при меньших температурах. (Подробнее о ядерных реакциях можно узнать из учебного пособия Ядерные реакции и из статьей раздела «Ядерная физика» в Соросовском образовательном журнале, а о фазовых переходах в горячих ядрах из статьи В. А. Карнаухова Горячие ядра и фазовый переход жидкость—газ в ядерном веществе, «Природа», №2, 2000 г.)
За последние годы были опубликованы уже десятки статей, в которых разнообразные явления в таких ядерных реакциях преподносились как однозначные указания на фазовый переход в ядре (см. например популярную заметку Переход жидкость—пар для ядерной материи). Казалось бы, можно уже наконец-то согласиться и считать этот факт доказанным. Но нет — недавняя статья французских физиков O. Lopez, D. Lacroix, E.Vient, Physical Review Letters, 95, 242701 (5 December 2005) ставит под сомнение такую интерпретацию (статья доступна также как nucl-th/0504027).
Тут обязательно надо отметить, что изучать фазовые переходы в ядрах безумно тяжело. В отличие от кусочка обычного вещества, ядро нельзя «взять», нельзя «посмотреть» на него. О том, что с ним происходит, можно догадываться лишь по конечным продуктам этого процесса, причем используя какую-либо теоретическую модель. (Эти трудности проиллюстрированы в заметке Альфа-частицы: элементарные капли ядерного вещества на примере другого фазового перехода в ядрах.) Именно из-за такой опосредованности наблюдается столь серьезное разногласие в выводах ученых.
Французы в своей работе сделали то, что не удавалось другим группам. Они построили свою модель «остывания» горячего ядра, которая прекрасно описывала экспериментальные данные без предположения о фазовом переходе. Особенное распределение вылетающих ядерных осколков по энергиям, которое вот-вот должно было стать окончательным доводом в пользу испарения, нашло в этой модели совершенно иное объяснение, связанное с вращательным моментом осколков.
На мой взгляд, эта, казалось бы, рутинная работа иллюстрирует ключевой момент в научном подходе: даже если гипотеза хорошо описывает эксперимент, она не будет считаться отражающей истинное положение вещей, пока не будет доказано, что без нее обойтись не удается. Поэтому вопрос, вскипает ли ядро в ядерных реакциях при умеренных энергиях, на сегодняшний день остается открытым.
Последние новости
