yavor2 (553175), страница 82
Текст из файла (страница 82)
Расчеты показали, что энергия такого взаимодействия протона и нейтрона составляет около 10' эВ, что гораздо меньше энергии связи в дейтроне. Таким образом, ядерные силы являются особыми силами, по природе своей отличными от всех известных до них сил. 2. Ядро занимает некоторый конечный объем в пространстве (ч 80.6) и нуклоны в нем располагаются на некоторых конечных расстояниях друг от друга.
Это значит, что, начиная с некоторого рас. стояния между нуклонами, сила притяжения между ними заменяется силой отталкивания. В ядерной физике вводится особая единица длины: 1 ферми =! 0-" м = 10-" см, подобно тому как в атомной физике расстояния принято измерять в единицах первого боровского радиуса в атоме водорода (э 71.5). В результате экспериментов и основанных на них расчетов получен ряд важных сведений о ядерных силах. 3. Ядерные силы — силы короткодейстеуюи(ие. При расстоянии между нуклонами всего в 4,2 1О-" м =- 4,2 ферми ядерные силы уже пренебрежимо малы. Длину 2,2 ферми принято называть радиусом действия ядерных сил.
4. Ядерные силы являются зирядоео независимыми: ядерное взаимодействие двух иуклонов совершенно не зависит от того, обладают или нет электрическим зарядом оба нуклона или один из них. Ядерные силы взаимодействия нейтрона с нейтроном такие же, как и нейтрона с протоном и протона с протоном при одинаковых условиях. В смысле ядерного взаимодействия протон и нейтрон являются одинаковыми частицами. Вывод о зарядовой независимостл ядьр, ых сил был сделан на основании тщательного изучения расс:янин протонов на дейтронах и рассеяния нейтронов на протонах.
Мы не можем входить в обсуждение этого вопроса. Однако отметим, что при изучении рассеяния нейтронов на протонах был решен весьма важный вопрос о спине нейтрона (з 80.2). В зарядовой независимости ядерных сил можно убедиться, проанализировав разницу в энергии связи двух простейших так называемых зеркальных ядер. Ядро В называется зеркальным по отношению к ядру А, если число протонов в В равно числу нейтронов в А, а число нейтронов в В равно числу протонов в А. Другими словами, для получения зеркального ядра нуя«но протоны заменить нейтронами, а нейтроны — протонами. Рассмотрим простейшие зеркальные ядра: ядро «сверхтяжелого» изотопа водорода трития,Н' (или,Т«) и ядро легкого изотопа гелия ,Не'.
Первое содержит один протон и два нейтрона, а второе — два протона и один нейтрон. Энергии связи этих ядер равны соответственно 8,49 МэВ и 7,72 МэВ. В обоих ядрах по три нуклона, но связаны они в тритии сильнее, чем в гелии. Если признать зарядовую независимость ядерных сил, то разницу в энергиях связи, равную 364 0,77 МэВ, следует отнести за счет силы кулоновского отталкивания двух протонов в гелии, поскольку в тритин имеется только один протон.
Взаимное отталкивание протонов, очевидно, уменьшает энергию нх связи, а значит и всего ядра гелия. Если принять, что 0,77 Мэ — это потенциальная энергия кулоновского отталкивания протонов К то по форм)ле электростатики У = д,д,/4ле,г =- = е'!4пе,г можно найти расстояние между протонами, при котором их кулоновская энергия равна данному значению. Оно получается равным 1,9 ферми, т.
е. того же порядка, что и храдиус действия» ядерных сил. 5. Ядерные силы не яеляюглся центральными сигалш. Они зависят не только от расстояния между частицами, как это имеет место в случае кулоновской и гравитационной сил. Ядерные силы зависят, кроме расстояния между нуклонами, еще и от ориентации их спииов — параллельны они или антипараллельны. Это отчетливо вы текает нз опытов по рассеянию нейтронов молекулами пара- и ортоводорода. Эти два вида молекул водорода отличаются тем, что в мо. лекуле параводорода спины протонов антипараллельны, в молекуле же ортоводорода — параллельны.
Очевидно, что если бы взаимодействие нуклонов не зависело от ориентации спинов рассеивающих и рассеиваемых нуклонов, то рассеяние нейтронов на орто- и пара- водороде происходило бы одинаково. Однако опыты показали, что рассеяние нейтронов на параводороде н рассеяние на ортоводороде резко отличаются. Это свидетельствует о зависимости ядерных сил от ориентации спинов.
б. Для ядерных сил характерно насыщение, подобное насыщению сил химической связи валентных электронов атомов в молекуле. Насыщение проявляется в том, что н)клон взаимодействует не со всеми остальными нуклонами ядра, а лишь с некоторыми ближайшими соседями, причем несо всеми, даже если оии и находятся в радиусе действия ядерных сил. Насыщение ядерных сил вытекает из характера зависимости энергии связи ядер от массового числа А.
Если бы насыщения не было и кагкдый из А нуклонов взаимодействовал бы со всеми остальными (А — 1) нуклонами, то энергия связи ядра была бы пропорциональна числу всех пар нуклонов в ядре, т. е. числу сочетаний из А частиц по две. В алгебре доказывается, что это число равно А (Л вЂ” 1)!2, следовательно, энергия связи ядра должна была бы зависеть от А как (А' — А)~2, т. е. как квадратичная функция от А. Однако, как показывают данные об энергиях связи и дефектах масс в ядрах, зависимость энергии связи от массового числа А является почти линейной. Следовательно, ядерные силы обладают свойством насыщения. Подобно тому как насыщение сил химической, валентной связи приводит к образованию устойчивых групп атомов — молекул, так и насыщение ядерных сил обусловливает чрезвычайно высокую устойчивость определенных групп нуклонов.
Практически полное насыщение ядерных сил достигается у и-частицы, представляющей собой устойчивое образование из двух протонов и двух нейтронов. Насыщенность ядерных снл может быть увязана с короткодействующим характером этих сил, если предположить, что за пределами радиуса действия ядерных снл притяжения между нуклонами действуютсилы отталкивания, препятствующие тому, чтобы в область действия сил притяжения попало слишком много нуклонов. 7. Короткодействие ядерных сил удалось обьяснить на основе предположения об обменном характере этих сил. Идея о том, что взаимодействие между двумя частицами может осуществляться благодаря обмену третьей частицей, была впервые высказана в 1934 г.
И. Е. Таммом и Д. Д. Иваненко. В современной теории физических полей, в квантовой теории поля, доказывается, что поле квантуется, подобно тому как квантуются важнейшие характеристики мпкрочастиц, например их энергии. Обменное взаимодействие возникает в результате того, что взаимодействующие частицы как бы обмениваются квантами соответствующего поля. Так, электромагнитное взаимодействие трактуется как обмен квантами электромагнитного поля — фотонами, которые рассмотрены в гл. 68, тяготение — как обмен квантами гравитационного поля — гравитонамп. Гравнтоны пока что не обнаружены, однако в настоящее время усиленно ведутся работы в этом направлении. Основная трудность экспериментального обнаружения гравитонов состоит в малой интенсивности гравитационных волн, испускаемых их возможными источиикамн.
В полевой картине взаимодействия нужно считать, что взаимодействие ядерных частиц — нуклонов — также осуществляется через посредство особого ядерного полл, путем обмена квантами этого поля. Сравнительно долго выяснялось, что представляют собой кванты ядерного ноля.
Вначале считали, что ими должны быть электроны. Об этом, казалось бы, свидетельствовало испускание электронов прн ()-распаде. Хотя электронов в ядрах нет (ч 80.4), они, однако, могут возникать при некоторых процессах, происходящих внутри ядер, и могут быть, как полагали, передатчиками взаимодействий между нуклонами.
И. Е. Тамм теоретически доказал, что электроны не могут быть квантами ядерного поля. Это противоречило бы опытным фактам — малому радиусу действия ядерных сил и большой энергии связи ядер. Квинты ядерного поля были обоснованы теоретически в 1935 г. Х. Юкавой. Ими оказались частицы с массой покоя примерно в 200 раз большей, чем у электрона, Такие частицы называются жзвоиалш, так как их масса покоя является промежуточной между массами электрона и нуклона (от греческого гпезоз — средний, промежуточный). Мезоны Юкавы вскоре были обнаружены и экспериментально, они стали называться п-мезонами, или пионами, поскольку были обнаружены и мезоны с другой массой (э 83.3).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
