6.3. Ядерные силы

Ядерные силы это есть особый вид взаимодействия между нуклонами. Они удерживает нуклоны на расстояниях ≈10^-13см друг от друга, т.е. на расстоянии примерно в один ферми.

Ядерное взаимодействие получило название сильного взаимодействия

Ядерные силы имеют особые свойства:

Короткодействие: на расстоянии ≈10^{-13 см они являются притягивающими; при меньших расстояниях – отталкивающие; при больших – связь между нуклонами теряется.}

Зарядовую независимость: не зависят от заряда нуклонов: два протона, протон с нейтроном, два нейтрона взаимодействуют с одинаковой силой.

Зависят от взаимной ориентации спинов нуклонов: например, нейтрон и протон удерживаются вместе, образуя ядро тяжёлого водорода только тогда, когда их спины параллельны друг другу.

Не являются центральными: не направлены по прямой, соединяющей центры взаимодействующих нуклонов (это вытекает из того, что ядерные силы зависят от ориентации спинов нуклонов).

Обладают свойством насыщения: каждый нуклон может взаимодействовать только с ограниченным числом нуклонов. Удельная энергия связи нуклонов остаётся примерно постоянной с увеличением массового числа после некоторого значения, кроме того на насыщение ядерных сил указывает пропорциональность объёма ядра числу образующих его нуклонов.

В 1934 г советский ученый Тамм Игорь Евгеньевич дал объяснение этим свойствам на основе построенной им модели взаимодействий в ядре – модели ядерных сил.

Допустим, - рассуждал он, - существует груз, который одному человеку долго нести тяжело - пять-шесть шагов, и он устаёт, а вдвоем одновременно нести этот груз по какой-то причине неудобно.

Два человека такой груз могут неопределенно долго нести только попеременно, передавая друг другу. И очевидно, что двигаться при этом они должны лишь на определенном расстоянии. Если далеко разойдутся - один другому груз передать не сможет – груз упадет, связь прервётся. Сойдутся близко - груз будет мешать ходьбе.

Он предположил, что между двумя частицами в ядре

существует третья, которую первые две друг другу как бы перекидывают, передают. Тамм И.Е.предположил, что должна быть еще какая-то в ядре атома частица, кроме протонов и нейтронов, которая обеспечивает эту связь.

Позже японский ученый Юкава экспериментально обнаружил такую частицу и назвал её мезон - среднее, связующее в переводе с греческого.

Мезонами, как оказалось, обмениваются протоны, электроны, нейтроны и другие частицы. Если расстояние между частицами увеличилось, мезон не долетает до соседней частицы - связь обрывается. Если же расстояние 10^{-13 см, мезон достигает соседнюю частицу, а если меньше, то его кинетическая энергия расталкивает частицы, и частицы вынуждены разойтись.}

И до сих пор считается, что мезоны реализуют ядерные силы.