Основы организации мышления

§ 4. «Дефект массы»

Если искать некий общий физический аналог объединяющего математического действия, нужно прежде всего обратиться именно к процессам синтеза.

Вот один из них.

В 1932 г. Д. Кокрофт и Э. Уолтон, английские физики, обстреливая пучком ускоренных протонов мишень из изотопа лития-7, обнаружили, что некоторые ядра, погло­тив протон, выбрасывали две альфа-частицы и тем самым превращались в два ядра атома гелия-4. Это слияние и это превращение представляет собой полный физический аналог математических операций, и, следовательно, здесь должны были действовать их правила. Однако расчет ба­ланса масс и энергий всех частиц, участвовавших в ядерной реакции, обнаружил непонятное. Исходная масса слагаемых в атомных единицах массы (внесистемных единицах, применяемых в атомной и ядерной физике) равнялась:

7,0182 (ядро лития-7) + 1,0081 (протон) = 8,0263 а.е.м.

Между тем масса получившихся двух отдельных альфа-частиц в сумме давала лишь:

4,004 x 2 = 8,008 а.е.м.

Другими словами, куда-то ис­чезала масса, равная:

8,0263 — 8,008 = 0,0183 а.е.м.

Одновременно отмечалась значительная прибавка энергии движения у двух разлетающихся альфа-частиц по сравнению с энергией протона, первона­чально разбившего надвое ядро лития-7. Словом, наука впервые столкнулась с так называемым «дефектом массы», другими словами, с тем, что общая масса системы взаимодействующих тел (частиц) и сумма их масс в свободном состоянии не равны друг другу.

Через тринадцать лет, в августе 1945 г., именно этот «дефект» разрушит Хиросиму и Нагасаки.

Мы знаем, что сегодня массы ядер можно измерить с очень высокой точностью при помощи масс-спектрометра, специального прибора для разделения ионизированных частиц вещества (молекул, атомов) по их массам вод воздействием магнитных и электрических полей. Оказывается, что для всех стабильных ядер масса ядра меньше суммы масс составляющих его нуклонов, взятых по отдельности. Этот результат объясняется на основе установленной Эйнштейном эквивалентности массы и энергии (E=mc2). Дело в том, что в ядрах различных атомов частицы «упакованы» по-разному, их связывают количественно разные силы. Сегодня установлено, что силы притяжения, или, другими словами, энергия связи, которая удерживает вместе входящие в состав ядра протоны и нейтроны, очень интенсивны на расстояниях порядка 10—13 см и чрезвычайно быстро ослабевают с увеличением дистанции. Установлено также, что при переходе от одного элемента Периодической системы Менделеева к другому энергия связи меняется, поэтому для отделения одной частицы от остальных требуется различные усилия.