1. Сотрудничество BECQUEREL большое внимание уделяет фактам
наблюдения и количественного изучения кластерной структуры
легких релятивистских ядер в процессе их фрагментации в ядерной
фотоэмульсии. Все это, в конечном счете, связано с исследованием
механизма фрагментации ядер. Многие особенности того, что известно
в настоящее время из экспериментов по фрагментации ядер, не
противоречит предположению о том, что фрагментация ядер является
быстрой, "холодной". Гипотеза Янга о предельной фрагментации
адронов, когда при их столкновении идет процесс множественного
рождения частиц, оказывается справедливой при импульсе на нуклон
равном всего только 1.7 ГэВ/c.
Перенесение на процесс фрагментации релятивистских ядер
закономерностей процесса множественного рождения адронов
позволяет, без каких либо свободных параметров, дать:
# согласующееся с экспериментом предсказания об угловых и
импульсных распределениях фрагментов любых ядер;
# согласуещиеся с экспериментом предсказания о выходе фрагментов
различного типа из любого легкого ядра.
Математическим инструментом таких расчетов является теория
динамических систем. А физической моделью их является наивная
партонная модель адрон - адронных взаимодействий Фейнмана -
Грибова. Но физическая природа самой кластеризации ядерного
вещества при этом остается вне рамок этой модели.
В этой записке очерчены только контуры более полной работы,
которую предстоит еще выполнить для того, чтобы получить ответ об
основах физики кластеризации ядерного вещества, и, тем самым,
лучше понять, а что же, и главное, почему, мы все это видим в
фотоэмульсии. Возможно, что при этом удастся получить и некоторые
предсказания для планирования будущих экспериментов.
2. Начать надо с напоминания о том, что атомное ядро несомненно
является системой многих тел. А общие закономерности любой
системы многих тел современная квантовая теория поля успешно
решает методом функций Грина. Основная идея этого метода состоит в
том, что не надо пытаться даже в малонуклонной системе описать
детальное поведение каждого нуклона. Надо описывать усредненное
поведение одной (или двух) типичных частиц. Это и есть функции
Грина.
Нуклоны в ядре не свободны. Это скорее "квазичастицы", - т. е. это
нуклоны, окруженные облаком других нуклонов. Квазичастица есть
динамическая система типа потока, испытывающая
последовательность самопроизвольных превращений в своем фазовом
пространстве. Конечно, для того, чтобы описание ядра на языке
квазичастиц было бы хорошим, чтобы они проявлялись в
эксперименте, надо чтобы время существования квазичастиц было бы
большим. Особую роль поэтому играют альфа - частичные
квазичастицы.
3. Поэтому полезно напомнить основные успехи и недостатки альфа
частичной модели ядра, и особую роль при этом таких ядер как
бериллий - 8, углерод -12, кислород -16. В теории многих тел это
означает учет взаимодействия квазичастиц друг с другом. Надо
остановиться на причинах, по которым альфа частицы занимают
столь важное место в структуре легких ядер. Эти причины просты.
Четыре нуклона как раз умещаются в одной ячейке фазового объема
размером с постоянную Планка, образуя низшее состояние
(1s)4,
оболочку. Таким образом, квазичастицы в виде альфа частиц
образовать в ядре энергетически выгодно. Это и есть альфа -
кластеры.
4. Переход из вырожденного состояния нуклонов и квазичастиц,
велючая и альфа кластеры, в реальные фрагменты ядра, которые мы
регистрируем, можно рассматривать как фазовый переход. Но из
критической точки можно перейти только в состояние свободных
частиц. Обратный переход в эксперименте никогда не наблюдается.
Так что это особый случай. Есть большое число и фотоэмульсионных
работ, в которых утверждается, что этот фазовый переход
действительно наблюдается. Основой для такого утверждения
является близость экспериментальных оценок параметра тау,
являющегося показателем степени атомного номера (или заряда)
фрагмента, чтобы согласовать с экспериментом выходы фрагментов в
зависимости от атомных номеров, или зарядов, фрагментов.
Но, если мы умеем вычислять абсолютные вероятности каналов
фрагментации без свободных параметров, то представляется вполне
возможным вычислит и этот параметр тау. В классической теории
фазовых переходов параметр тау характеризует вероятность
образования кластера данной массы в критической точке фазового
перехода. Его величина (около 2.15) в этой теории одинакова для всех
фазовых переходов. Получить его оценку из общих соображений для
процесса фрагментации ядер было бы интересно.
5. Кроме альфа радиоактивности, в настоящее время известна как
протонная радиоактивность, так и радиоактивность, в которой
тяжелые ядра самопроизвольно испускают легкие ядра. Очевидно, что
их можно рассматривать как кластеры в родительских ядрах. Если эти
ядра будут ускорены, то вероятность каналов их фрагментации,
содержащих эти квазичастицы, можно сосчитать, а потом и получить
их экспериментальную оценки. Это будет подтверждением
правильности наших представлений и о механизме фрагментации, и о
физике кластеризации.
6. Наконец, самопроизвольное и индуцированное деление тяжелых
ядер на 2 или 3 осколка можно рассматривать как процесс их
фрагментации, а сами эти осколки можно рассматривать как
кластеры, существующие в ядре перед его делением. Вероятности
каналов этой фрагментации можно оценить тем же методом, который
нами используется для оценки выходов изотопов при фрагментации
легких ядер, т. е. без каких либо свободных параметров.
Сегодня в Дармшдтадте ведуться работы по определению выходов
изотопов при фрагментации тяжелых релятивистских ядер. Было бы
интересно провести расчеты относительных выходов фрагментов этих
тяжелых ядер, рассматривая фрагменты релятивистских ядер как
соответствующие им кластеры в родительском ядре.
7. Таким образом, основная идея этой записки состоит в том, что
наблюдающиеся сотрудничеством BECQUEREL кластеризация легких
ядер есть ожидаемое, и предсказуемое явление, вытекающее из общих
свойств ядра как системы многих тел с их специфическими
особенностями. Явление кластеризации имеет общий характер, оно не
связано только с легкими ядрами. Количественные характеристики
этого явления могут быть сосчитаны до эксперимента. Если мы
правильно понимаем суть дела.
Ф. Лепехин, ПИЯФ, ОФВЭ, группа ядерно - ядерных взаимодействий
mailto:lepekhin@pnpi.spb.ru
30.10.03