20 Июля 2010

Гипотеза Ф. Хоутерманса (Хаутерманса) и Р. Аткинсона о реакции превращения водорода в гелий

Ф. Хоутерманс и Р. Аткинсон (1929) сформулировали гипотезу о том, что в основе реакции превращения водорода в гелий, которая является источником энергии звезд, лежит квантовомеханический туннельный механизм проникновения частиц сквозь потенциальный баръер, по аналогии с теорией туннелирования альфа-частиц сквозь потенциальный баръер, разработанной Д. Гамовым (1928). Ознакомившись с теорией альфа-распада атомного ядра Д. Гамова во время беседы с ним в Копенгагене в 1928 году, Ф. Хоутерманс и Р. Аткинсон по аналогии перенесли эффект туннелирования частиц из области атомных ядер в область астрофизики. При этом ученые использовали в своих расчетах ядерных реакций принцип неопределенности Гейзенберга так же, как в свое время Гамов использовал этот принцип при расчетах энергии альфа-частиц, вылетающих из атомного ядра. А.Д. Чернин и В.Я.Френкель в электронной статье «Мировая линия Гамова» (сайт «Астронет», 2004) указывают: «Исключительно плодотворной была конференция 1938 года, на которую Гамов, Теллер и Тьюв пригласили и физиков и астрономов. Ее темой была физическая природа энергии звезд. Всего за десяток лет до того, в 1926 году А. Эддингтон выдвинул предположение о том, что звезды светят из-за того, что в их недрах происходит выделение энергии при ядерных реакциях. Он указал и ядерную реакцию, способную обеспечить необходимое энерговыделение Солнца и других звезд, - превращение водорода в гелий. Оказалось, что для эффективного протекания этой реакции в условиях звездных недр важен тот самый квантовомеханический туннельный механизм проникновения частиц сквозь потенциальный баръер, который действует и в случае альфа- распада. Узнав об этом эффекте из разговора с Гаммовым в Копенгагене в 1928 г., Хаутерманс вместе с Аткинсоном тут же использовал его для первого последовательного расчета ядерных превращений в звездах» (А.Д. Чернин, В.Я.Френкель, 2004). Об этой же аналогии Ф. Хоутерманса и Р. Аткинсона пишет В.В. Иванов в статье «Источники энергии звезд» (сайт «Популярные очерки об астрономии», 2000): «Решение проблемы (проблемы энергии звезд – Н.Н.Б.) пришло с развитием квантовой механики. Согласно принципу неопределенности Гейзенберга, говорить о точном местоположении частицы не имеет смысла – она как бы размазана по некоторой области пространства и с разной вероятностью может быть обнаружена в разных местах. Это, в частности, делает возможным присутствие частицы и в тех областях пространства, где классические законы сохранения энергии и импульса это строго запрещают. В итоге непреодолимый для классической частицы кулоновский потенциальный баръер становится как бы «полупрозрачным» (так называемый туннельный эффект). Первыми на роль этого эффекта для решения загадки источников звездной энергии в 1929 г. указали Р. Аткинсон и Ф. Хаутерманс. Созданная в это же примерно время Г.А.Гамовым теория альфа-распада дала математический аппарат, положенный в конце тридцатых годов в основу количественной теории термоядерных реакций в недрах звезд» (В.В. Иванов, 2000). Наконец, об указанной аналогии Ф. Хоутерманса и Р. Аткинсона пишет Рудольф Киппенхан в книге «100 миллиардов Солнц» (1990): «Загадку об источнике энергии звезд решили физики Роберт Аткинсон и Фриц Хоутерманс. Они воспользовались представлениями Гамова о туннельном эффекте. В марте 1929 г. они послали в редакцию журнала «Аннален дер физик» статью под названием «К вопросу о возможности образования элементов в недрах звезд. Эта работа начиналась словами: «Не так давно Гамов показал, что из атомного ядра могут вылетать положительно заряженные частицы, тогда как по классическим представлениям их энергия недостаточно велика для этого процесса…» (Р.Киппенхан, 1990).