Ядерные силы

Огромная энергия связи нуклонов в ядрах (по сравнению с энергией связи электронов в атоме ~ 10 эВ) означает, что между нуклонами действуют мощные ядерные силы притяжения, по сравнению с которыми электромагнитные силы отталкивания в сотни раз слабее.

Особенности ядерных сил:

1) Радиус действия ~ 10^{-15 м (короткодействующие). На существенно меньших расстояниях притяжение нуклонов сменяется их отталкиванием. На больших расстояниях ядерные силы не проявляются.}

2) Зарядовая независимость, что проявляется в одинаковости сил взаимодействия нуклонов п-п, р-р, п-р.

3) Эти силы не являются центральными, т.к. зависят от ориентыции спинов нуклонов.

4) Обладают свойством насыщения – каждый нуклон в ядре взаимодействует с ограниченным числом ближайших нуклонов.

Механизм взаимодействия нуклонов:

Согласно классической физике взаимодействие между частицами осуществляется посредством силовых полей.

Квантовая физика не изменила такое представление, но учла квантовые свойства самого поля: всякому полю должна соответствовать определённая частица – квант поля, которая и является переносчиком взаимодействия. Один из взаимодействующих нуклонов испускает квант поля, другой его поглощает.

Существенно, что обмен частицами лежит в основе вообще всех взаимодействий и является фундаментальным квантовым свойством природы (например, электромагнитные взаимодействия осуществляются путём обмена фотонами).

При взаимодействии нуклонов квантами поля являются π–мезоны, занимающие промежуточное положение по массе между электроном и нуклоном.

23 – 5

По законам классической физики такие процессы идти не могут в связи с нарушением закона сохранения энергии. Не может свободный нейтрон самопроизвольно превратиться в нейтрон+π-мезон, суммарная масса которых больше массы нейтрона.

Квантовая теория этот запрет устраняет. Из соотношения неопределённости следует, что энергия системы может претерпевать отклонения ∆Е, длительность которых не должна превышать величины .

Частицы, испускание и поглощение которых происходит с кажущимся нарушением закона сохранения энергии, называются виртуальными частицами.

Одиночный нуклон всегда окружён так называемой «мезонной шубой» т.е. облаком виртуальных π-мезонов, которые безостановочно испускаются и поглощаются нуклоном.

Когда два нуклона сближаются и их мезонные шубы начинают соприкасаться, создаются условия для обмена виртуальными мезонами – возникает ядерное взаимодействие. Радиус действия ядерных сил имеет порядок комптоновской длины волны. Из опыта известно, что м, что позволяет оценить массу π-мезона: т_π~270 m_e.

Зависимость радиуса действия ядерных сил от массы виртуальных частиц – переносчиков взаимодействия – фундаментальный квантовый закон.

Этот закон определяет дальнодействие электромагнитных сил, поскольку кванты электромагнитного поля – виртуальные фотоны являются безмассовыми частицами, которые могут иметь сколь угодно малую энаргию.