Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
§ 81. Введение
5
взаимодействием) с одной стороны и истинно сильным взаимодействием между кварками с другой, можно привести аналогию с молекулярными и электромагнитными силами: молекулярные силы также являются некоторым «внешним» проявлением гораздо более интенсивных «внутренних» электромагнитных сил между электронами и атомными ядрами.
В настоящей главе будет рассматриваться сильное взаимодействие только в самом узком смысле этого понятия, т. е. ядерные силы между нуклонами (сильное ядерное взаимодействие). Сильное взаимодействие между адронами (сильное адронное взаимодействие) будет рассмотрено в главах, посвященных соответствующим адронам, истинно сильное взаимодействие между кварками — в главе, посвященной кварковой модели.
В дальнейшем мы не всегда будем подчеркивать, о каком именно сильном взаимодействии идет речь (ядерные силы, сильное адронное взаимодействие или истинно сильное взаимодействие между кварками), считая, что это ясно из контекста.
Вместе с тем прилагательное «сильное» желательно использовать всегда (сильное ядерное взаимодействие, сильное адронное взаимодействие и т. д.), потому что нуклоны, атомные ядра, адроны, кварки участвуют также в электромагнитном и слабом взаимодействиях.
Итак, ниже пойдет речь о ядерных силах.
Напомним основные свойства ядерных сил, установленные в предыдущих главах.
1. Ядерные силы — это силы притяжения, что следует из существования стабильных ядер, состоящих из протонов и нейтронов.
2. Опыты Резерфорда по изучению рассеяния ос-частиц ядрами показали, что до расстояний примерно Ю-12 см результаты опытов можно объяснить предположением о чисто кулоновском характере взаимодействия ос-частиц с ядрами. Это означает, что ядерные силы относятся к короткодействующим. Их радиус действия во всяком случае меньше 10"12 см. Он может быть оценен как среднее расстояние между нуклонами, связанными в ядре ядерными силами:
6«(Г/Л)1/3«(4яД3/ЗЛ)1/3«2-10-13 см.
3. Ядерные силы—наиболее интенсивные силы природы*. Они значительно интенсивнее любых сил всех остальных
* Как уже упоминалось выше, в этой главе мы не касаемся истинно сильного взаимодействия между кварками, внешним (относительно более слабым) проявлением которого являются ядерные силы.
6 Глава XIV. Нуклон-чуклонные взаимодействия при низких энергиях
видов, в том числе и наиболее сильных из них — электромагнитных. Это следует из существования стабильных ядер, содержащих в своем составе одноименно заряженные протоны. Наглядное количественное сравнение сильного ядерного взаимодействия с электромагнитным можно получить, сопоставив среднюю энергию связи нуклона в ядре \ Не (е = 7 МэВ) с энергией кулоновского отталкивания двух протонов этого ядра, отнесенной к одному протону:
le2 1 (4,8 • Ю-10)2 п«мп
Кг„л =--=--5——--—г»0,5 МэВ.
2 5 2 2 -10 13 -1,6 • 10е '
4. Постоянство средней энергии связи, рассчитанной на один нуклон, для большинства ядер периодической системы указывает на то, что ядерные силы обладают свойством насыщения.
5. Существование в природе простейшего ядра — дейтрона, состоящего из нейтрона и протона с параллельно направленными спинами, и отсутствие аналогичного ядра с антйпарал-лельными спинами у нуклонов указывают на спиновую зависимость ядерных сил. Об этом уже говорит эффект компенсации спинов, проявляющийся в разной устойчивости четно-четных, нечетно-нечетных и нечетных ядер.
6. Наличие у дейтрона электрического квадрупольного момента указывает на центральный, тензорный характер ядерных сил, т. е. на зависимость ядерных сил от взаимного расположения спинов нуклонов и «оси» дейтрона.
7. Наличие спин-орбитального взаимодействия (установленного при рассмотрении оболочечной модели ядра) свидетельствует о том, что на нуклон, движущийся внутри ядра, действуют силы, зависящие от скорости нуклона (точнее, от его импульса). Возможно, что такие спин-орбитальные силы надо учитывать и при рассмотрении взаимодействия между двумя нуклонами.
Сходство в структуре уровней некоторых легких ядер позволяет высказать гипотезу о зарядовой независимости (изотопической инвариантности) ядерных сил.
Для объяснения этих и некоторых других свойств ядерных сил (о которых речь пойдет несколько позже) нужна теория ядерных сил. Однако из-за очень сложного характера сильного ядерного взаимодействия такой теории в законченном виде пока не существует. В настоящее время можно говорить только о методах подхода к решению этой задачи.
Изучение атомного ядра — гораздо более сложная задача, чем изучение атома. Кроме трудностей принципиального
§ 81. Введение
7
характера, связанных с незнанием закона сильного ядерного взаимодейСЦшя, имеются также методические трудности расчета квантоВбмеханических систем из сильновзаимодейству-ющих частиц. Взаимодействие нуклонов в сложном ядре может быть не равно простой сумме взаимодействий между несколькими парами нуклонов. Оставляя в стороне эту трудность, которая преодолевается в различных случаях с помощью разных моделей ядра, рассмотрим сильное ядерное взаимодействие между двумя нуклонами.
