Академик Юрий Оганесян — что происходит внутри атомного ядра

Наука и жизньРепортаж

Академик Юрий Оганесян: Познание сильного взаимодействия изменит мир

Что происходит внутри атомного ядра, как ведут себя ядра на границах их существования и что может измениться, если физики поймут природу сильного взаимодействия?

Беседу ведёт Наталия Лескова

Юрий Цолакович Оганесян в мемориальном кабинете академика Г. Н. Флёрова в Лаборатории ядерных реакций его имени (в 2022 году ей исполняется 65 лет), у грифельной доски с надписями, сделанными Г. Н. Флёровым и Ю. Ц. Оганесяном. Её хранят под стеклом, как экспонат.

Рассказывает академик Юрий Цолакович Оганесян, научный руководитель Лаборатории ядерных реакций Объединённого института ядерных исследований в подмосковной Дубне. Среди его научных заслуг — фундаментальные исследования механизма взаимодействия сложных ядер, обнаружение и исследование влияния ядерной структуры на коллективное движение ядер в процессах слияния и деления, открытие нового класса ядерных реакций — холодного слияния массивных ядер, широко используемых по настоящее время в различных лабораториях мира для синтеза новых элементов. Ю. Ц. Оганесян — соавтор открытия ряда тяжёлых элементов таблицы Д. И . Менделеева, а 118-й элемент назван в его честь.

— Юрий Цолакович, когда началось ваше увлечение таблицей Менделеева? И почему важно её расширять?

— Меня «привязывают» к знаменитой Таблице, но я не химик, а физик. Я всю жизнь занимаюсь ядерной физикой. Ведь известно, что в атоме есть ядро и вокруг ядра вращаются электроны. Атомы — они же элементы, с различными названиями и свойствами в зависимости от заряда ядра. А вот как ведёт себя этот элемент при взаимодействии с другими элементами — это уже химия. Но меня интересовало не то, где предел Таблицы, а где предел существования ядер.

— И где этот предел?

— Это серьёзный вопрос. Между прочим, пределы существования ядер и элементов разные, потому что сама материя разная. Ядерная материя — удивительная субстанция маленького размера и огромной плотности, которая несёт весь положительный заряд и всю массу атома. А вокруг ядра на большом расстоянии вращаются электроны на своих орбитах. Не знаю, насколько удачно моё сравнение, но всё это мне напоминает большую люстру: в середине — мощная лампа, а вокруг лампы в несколько рядов вращаются висюльки. Они светят отражённым от лампы светом. И если вы предположите, что ваше ядро размером с апельсин находится возле мавзолея на Красной площади, то первой орбитой, по которой вращаются электроны, будет Садовое кольцо. Вторая орбита будет кольцевой автодорогой. А последняя орбита окажется где-то около Стокгольма. Вот такая ажурная люстра!

— Кончается ли эта «люстра»?

— Да, кончается. Всё имеет начало и конец. Обычно это выражение относится к человеческой жизни. Но оно справедливо и для мироздания в том смысле, что любая система, большая или малая, стремится занять упорядоченное состояние с наименьшей потенциальной энергией. Отсутствие конца, скорее всего, объясняется отсутствием знаний об этом конце.

— Где же она кончается?

— Первый предел связан с центром, с самой «лампой». Но если можно было бы сделать «лампу» любой мощности, то второй предел наступил бы там, где кончается конструкция самой «люстры». Потому что согласно квантовой электродинамике положительный заряд ядра, а в соответствии с ним и число отрицательно заряженных электронов имеют предел. Вот эти два предела можно обсуждать.

Но мне кажется, что конец ядра придёт раньше, потому что мы сейчас, находясь в области 118-го или 120-го элементов, уже подошли к самой границе существования ядер. А предел существования «гирлянды» — атомные номера около 174. Поэтому пока тратим время, силы и деньги не на Таблицу, а на ядерную физику. Но скоро начнём серьёзно заниматься химией сверхтяжёлых элементов. От Таблицы далеко не уйдёшь!

— Как вы думаете, наступит ли момент, когда она устареет и потребует обновления подобно Стандартной модели в физике?

— Сам Менделеев считал, что Таблица будет меняться, но открытый им Периодический закон останется.

— Что вы узнали о ядре основополагающего, важного?

— Мы знаем, что это удивительная субстанция, и она физике ещё до конца не понятна. Нет строгой теории, как в электричестве, когда можно рассчитать всё от громадной электростанции до маленького чипа. Есть теоретические модели. Но как сцеплены протоны и нейтроны в ядре, мы пока не знаем. Несмотря на это, мы используем атомную энергию во многих областях нашей деятельности. Природа ядерных сил, называемых сильным взаимодействием, — огромный вопрос, который остаётся пока открытым.

В природе, как вы знаете, есть четыре типа взаимодействия — электромагнитное, сильное, слабое и гравитационное. Сильное взаимодействие так называется потому, что оно сильнее электромагнитного в сотни раз. Если бы это злополучное сильное взаимодействие было изучено так, как это имеет место с электромагнитным или слабым взаимодействием, мне кажется, мир бы совершенно преобразился.

— Почему же оно злополучное?

— Потому что эта задача очень сложна. При этом мы понимаем: если мы овладеем сильным взаимодействием, то оно преобразует наш мир, как это было после Фарадея. Представьте себе электричество, без которого мы не мыслим сегодня свою жизнь, только сильнее в сотни раз!

— Как вы думаете, удастся в конце концов понять, как «работает» сильное взаимодействие?

— Думаю, да. Рано или поздно это будет сделано.

— Какими способами? С какой стороны нужно подходить?

— Одна сторона такова: ведь никто не сомневается, что есть ядро. Оно состоит из протонов и нейтронов — это тоже известно. Значит, когда-то оно образовалось, когда-то возникли эти протоны и нейтроны, когда-то они слепились. Есть Стандартная модель, которую, с моей точки зрения, необоснованно и часто ругают, потому что она не в состоянии всё объяснить. Но она даёт представление о том, что протоны и нейтроны состоят из кварков, а кварки «склеены» глюонами (glue — это клей по-английски). Понять бы, как это происходило в природе?

Начали исследовать. Двигаясь от конца к началу. Мы знаем, что молекула состоит из атомов, атом — из ядра и электронов, само ядро — из протонов и нейтронов. Протоны и нейтроны состоят из кварков и глюонов. А дальше, микросекундой ранее — Большой взрыв. Всё, конечно, развивалось в обратном направлении: сначала взрыв, потом идёт очень быстрый процесс крупномасштабных изменений материи, в которой через одну микросекунду после взрыва при огромной плотности и высокой температуре рождаются протоны и нейтроны. Иногда эту фазу называют кварк-глюонной плазмой. У физиков есть желание исследовать этот «суп» и увидеть, как рождаются протоны и нейтроны. Создаются большие ускорители, у нас строится коллайдер NICA для исследования подобной горячей материи.

Вообще, стадийность движения от беспорядка к порядку прослеживается во всей истории образования Вселенной, насчитывающей 13,7 миллиарда лет. А физики, живущие на Земле, хотят, наоборот, создать «беспорядок» из протонов и нейтронов в надежде потом увидеть и понять, как из кварк-глюонной плазмы вновь рождаются протоны и нейтроны.

— Как бы смоделировать сотворение мира?

— Именно так. Задача эта, по сути, не новая. Но, рассматривая различные сценарии сотворения мира (из них самый популярный — Большой взрыв), мы невольно двигаемся в глубь строения материи.

Сегодня экспериментаторы добрались до стадии возникновения кварков и глюонов. До субстанции, возникшей через одну микросекунду после Большого взрыва. Однако понять свойства вещества, состоящего из этих кварков и глюонов, и то, как взаимодействуют эти частицы, пока не удаётся. Отсюда неясна и сама природа ядерных сил.

Конечно, точно смоделировать сотворение мира мы никогда не сможем, потому что там участвовали огромные массы, а температуры достигали триллионов градусов. Но разгонять тяжёлые ядра, которые состоят из многих протонов и нейтронов, до огромной энергии, сталкивать их лоб в лоб в коллайдерах научились. В зоне столкновения ядерная материя уплотняется, температура в этом месте повышается до триллиона градусов — часть протонов и нейтронов «расплавится» в кварки и глюоны. Важно распознать, что это действительно произошло, а распознав, заняться этим делом основательно, чтобы понять, как образуются протоны и нейтроны.

Вопросов здесь много. Например, почему именно три кварка участвуют в создании протона и нейтрона?

— Как я понимаю, если бы стали возможны другие варианты, не три, а два или четыре, всё было бы иначе. Или ничего бы не было?

— Вот и надо понять, почему именно так всё устроено. А потом мы будем пользоваться этим, подобно тому, как мы пользуемся электричеством. Но, как мне кажется, далеко потом.

— А что было до Большого взрыва, когда ничего не было?

— Тоже интересный вопрос. Ответа на него пока нет. Почему этот взрыв произошёл? Имеются разные сценарии, концепции, но всегда обсуждается то, что было после взрыва. И был, как считают, безумно короткий промежуток, когда появились понятия времени и пространства. Как бы были вброшены эти понятия, когда всё менялось очень быстро, быстрее скорости света. Что значит «быстрее скорости света», тоже трудно представить, потому что Стандартная модель ограничивает скорость — скоростью света. А потом расширение продолжалось, но значительно медленнее, хотя и с ускорением. Расширение Вселенной идёт до сих пор. Когда появились протоны и нейтроны, они стали взаимодействовать друг с другом и комбинироваться в ядра. Так проявилось сильное взаимодействие.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Эволюция экскаваторов Эволюция экскаваторов

Строитель будущего будет управлять экскаватором не выходя из дома

Популярная механика
Очень странные дела Очень странные дела

Какие бьюти-тренды из соцсетей искренне настораживают косметологов

Лиза
Немирное «земледелие» Немирное «земледелие»

Как работает система залпового минирования

Популярная механика
Патриотизм «подлинный» и «показной» Патриотизм «подлинный» и «показной»

Некогда мы гордились тем, что считали себя самой читающей страной

Дилетант
Земля. Прятки под мантией Земля. Прятки под мантией

Ядро Земли перестало вращаться, электромагнитное поле нашей планеты разрушается

Наука и жизнь
Звезды манящие Звезды манящие

Ослепительная вспышка, которой уже некого слепить, миг неуловимый

Знание – сила
Русское серебро. Начало Русское серебро. Начало

Как в России искали и добывали серебро

Наука и жизнь
Мертвые дети, неравенство и травмы Мертвые дети, неравенство и травмы

Настоящий мир вымышленного Питера Пэна

Weekend
Судоходная Арктика Судоходная Арктика

Беспрецедентное по масштабам строительство судов ледового класса в России

Популярная механика
Эрдоган зажат между интересами США и Британии Эрдоган зажат между интересами США и Британии

Политический кризис в Турции может серьезно встряхнуть государство и регион

Монокль
Дрессировка кошек Шрёдингера в промышленных масштабах Дрессировка кошек Шрёдингера в промышленных масштабах

2020 останется в истории как сорокалетний юбилей Второй квантовой революции

Наука и жизнь
Русско-американские отношения в XIX веке. Часть 2 Русско-американские отношения в XIX веке. Часть 2

Какими были отношения США и России накануне войны между Севером и Югом

Наука и техника
Нина Хрущёва vs Джеки Кеннеди Нина Хрущёва vs Джеки Кеннеди

Встречались не только президенты, встречались и их жёны

Дилетант
«Я женюсь на Гале каждый момент, когда на нее смотрю» «Я женюсь на Гале каждый момент, когда на нее смотрю»

Галина Вишневская и Мстислав Ростропович. Две выдающиеся личности

OK!
Возвращение гребного колеса Возвращение гребного колеса

Первые упоминания о гребном колесе относятся еще к древнейшим временам...

Наука и техника
Водяные козлы – аристократы саванн Водяные козлы – аристократы саванн

«Водяных козлов я часто встречал в восточноафриканской саванне»

Знание – сила
Сверхурочная экономика Сверхурочная экономика

Власти и работодатели концептуально договорились об изменении Трудового кодекса

Ведомости
В тени новой биологии, или Вверх по лестнице, ведущей вниз В тени новой биологии, или Вверх по лестнице, ведущей вниз

Сравнительная анатомия – старая наука, интеллектуальный опыт которой очень богат

Знание – сила
Зажигая маяки Зажигая маяки

Зимнее бездорожье длиной в 2 недели: что манит участников «Экспедиции-Трофи»?

Отдых в России
Монеты в восточной пыли Монеты в восточной пыли

Важным источником наших знаний об античной истории являются монеты

Знание – сила
Гладкая мускулатура самолета – электродвигатели Гладкая мускулатура самолета – электродвигатели

Как выглядят авиационные электродвигатели, где установлены и как управляются?

Наука и техника
Зарплатно-гендерный вопрос Зарплатно-гендерный вопрос

Удовлетворенность размером зарплаты среди мужчин и женщин практически сравнялась

Ведомости
Сарацинка, воительница, христианка Сарацинка, воительница, христианка

В эпоху джахилийи у разных племен бедуинов положение женщин различалось

Знание – сила
Липецкий Клондайк Липецкий Клондайк

В Липецкой области создают уникальный кластер для любителей экстрима

Отдых в России
Вновь о темной материи Вновь о темной материи

Проблема темной материи всерьез привлекает ученых

Знание – сила
Новый поход ветеранов Троянской войны Новый поход ветеранов Троянской войны

Филистимляне и троянцы против египетских фараонов

Знание – сила
Коллекция суеверий Коллекция суеверий

Угличский музей мистики Дарьи Чужой переосмысляет фольклор

Отдых в России
Недоросли, скотинины, бригадиры и Стародум Недоросли, скотинины, бригадиры и Стародум

И спустя 200 лет пьесы Дениса Фонвизина остаются интересны и востребованы

Знание – сила
Физика в поисках ответа на разгадку бытия: от Эйнштейна до Хокинга и Лоуренса Краусса Физика в поисках ответа на разгадку бытия: от Эйнштейна до Хокинга и Лоуренса Краусса

Почему существует Вселенная? Почему существует мир, почему в нем есть мы?

Знание – сила
Угольщикам недогрузили триллионы Угольщикам недогрузили триллионы

Минэнерго оценило потери российской угольной отрасли в 2 трлн руб

Ведомости
Открыть в приложении