Филе из атома

Можно ли вынуть атомное ядро, не повредив электронную оболочку?

Законы природы, как известно, нарушить нельзя. Однако иногда их можно обойти с помощью других физических законов. Физики Джон Бриггз и Дарко Димитровски, работающие в университете немецкого города Фрайбург, предложили способ создания «филе из атома». Обратная ситуация, когда в атоме остается только ядро, а электронов нет, встречается сплошь и рядом, это самый обычный положительный ион. Один свободный электрон -- тоже явление стандартное. Но Бриггз и Димитровски задумались над тем, что нужно сделать, чтобы электронная оболочка атома могла существовать вообще без протонов.

В гипотетической ситуации, когда в атоме неожиданно «исчезает» ядро, электроны должны «уйти в свободное плавание». Если нет ядра, значит, нет протонов с их положительным зарядом, нет силы, которая удерживает электроны на орбите. Стабильность системы нарушается, электроны отталкиваются друг от друга и разлетаются кто куда. Значит, задача состоит в том, чтобы «обмануть» атом, заставить элементарные частицы «поверить» в то, что ядро якобы никуда не делось. То есть заменить поле протонов энергией из внешнего источника, которая будет симулировать действие сил атомного ядра.

Для этого, как сообщает Physorg.com, Бриггз и Димитровски предложили использовать мощный лазер со сверхкороткими импульсами. С одной стороны, требуется достаточно большая энергия, чтобы превозмочь электромагнитное поле протонов. С другой стороны, импульс должен быть короче, чем время, которое требуется электрону для полного оборота по своей орбите вокруг ядра. То есть для эксперимента физикам нужен аттосекундный лазер (аттосекунда меньше секунды в десять в минус восемнадцатой степени раз). Например, в атоме водорода единственный электрон проходит путь вокруг пары протон--нейтрон за 24 аттосекунды. То есть импульс лазера по расчетам должен длиться около десяти аттосекунд. Такой техники в распоряжении фрайбургских ученых не имеется, так что им пришлось конструировать свою гипотезу на бумаге, без экспериментальной проверки.

Итак, если бы физики получили подобный инструмент, можно было бы сделать следующее. Сначала импульс ионизирует атом, электроны теряют ядро, его сила на них более не действует. На второй стадии воздействия тот же импульс удерживает облако от распада, стабилизирует его, выполняя роль «эрзац-ядра». Электроны не разлетаются, а продолжают обращаться вокруг пустого места, как будто там еще есть протоны. Получается то самое «филе атома», по выражению Джона Бриггза.

При этом, как часто случается в теоретической физике, пока никакого практического применения этому гипотетическому эксперименту не видно. Правда, можно несколько продвинуть инженерный прогресс, создав для проверки фрайбургской гипотезы опытную установку. То есть сконструировать и собрать такой аттосекундный лазер огромной (десять в восемнадцатой степени ватт) мощности. А там, если подобная установка появится, для нее, возможно, найдутся и другие задачи. В конце концов технический прогресс не всегда ходит прямыми путями. Да и, пожалуй, просто интересно было бы посмотреть на то, как прихотливый человеческий разум издевается над законами физики элементарных частиц, делая филе из атома.

Владимир ДЗАГУТО