Ядерные силы
Особенности:
1. Силы короткодействующие 10-13 см, на меньших расстояниях притяжение сменяется отталкиванием.
2. Обладают зарядовой независимостью, что проявляется в одинаковости сил взаимодействия нуклонов n-n, p-p, n-p.
3. Силы не центральные, зависят от ориентации спинов нуклонов.
4. Обладают свойством насыщения: каждый нуклон взаимодействует только с ограниченным числом соседних нуклонов.
Механизм взаимодействия нуклонов
Всякому полю должна соответствовать определенная частица – квант поля, которая является переносчиком взаимодействия.
При взаимодействии нуклонов квантами поля являются π-мезоны (Юкава 1935).
Покоившийся свободный нейтрон не может самопроизвольно превратится в нейтрон + π-мезон, суммарная масса которых больше массы нейтрона, однако с точки зрения квантовой механики за время Δt энергия системы может изменится на ΔE так, что
ΔEΔt > ħ, т.е. на время Δt ≈ ħ/ΔE. За это время нарушения закона сохранения обнаружить нельзя.
Время существования π-мезона с энергией покоя mπc2 равно: τπ ≈ ħ/mπc2, за это время π-мезон поглотится испустившим его нуклоном.
Расстояние, на которое π-мезон удалится от нуклона можно оценить как:
l ≈ cτπ ≈ ħ/mπc2
Частицы, испускание и поглощение которых происходит с кажущимся нарушением закона сохранения, называются виртуальными.
Если вокруг нет других нуклонов, то π-мезон поглотится нуклоном его испустившим, то говорят, что нуклон всегда окружен «мезонной шубой».
Когда два нуклона сближаются и их шубы начинают соприкасаться, то создаются условия для обмена виртуальными мезонами – возникает ядерное взаимодействие.
Если радиус взаимодействия порядка 10-13 см, то масса π-мезона: mp≈270 me.
Свойства π-мезонов
Существует 3 типа π-мезонов:
p+ - мезон (+e), время жизни 10-8 с
p- - мезон (-e) , время жизни 10-8 с
p0 - мезон (0), время жизни 10-16 с
При энергии столкновения Tp> 290 МэВ, в реакциях (p-p) и (p-n) с большой вероятностью рождаются p - мезоны:
1. p + p → p + p + p0
2. p + n → p + p + π-
3. p + n → n + n + π+;
Спин каждого из трех π-мезонов равен нулю.
Электрические заряды различны.
Ядерная активность – одинакова.
Они изотопически инвариантные частицы.
Общее название этих частиц — пионы.
Пионы состоят из кварков.
π+ = ud~ π0 = uu~
π- = u~d π0 = dd~
Свойства π-мезонов
π+ - частица π- - античастица π0 - истинно нейтральная частица (не имеет античастицы), например как фотон.
Нейтрон n и антинейтрон n~ имеют разную кварковую структуру. n~ = u~d~d~, при столкновении частицы и античастицы аннигилирут.
