Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
§ 232. Ядерные силы. Мезоны
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Pdf көрінісі
|
| § 232. Ядерные силы. Мезоны. В § 225 было введено поня-
тие о я д е р н ы х с и л а х, т. е. особых силах, действующих между частицами, образующими атомные ядра, — нейтронами и протонами. Опыты (например, изучение ядерных реакций, вы- зываемых быстрыми нейтронами и протонами) привели к за- ключению, что ядерные силы взаимодействия между парами частиц протон–протон, нейтрон–протон, нейтрон–нейтрон оди- наковы. В явлениях, зависящих только от ядерных сил, нейтрон и протон ведут себя одинаково; различие свойств нейтрона и протона, выраженное в чуть большей массе первого и электриче- ском заряде второго, в таких явлениях не играет заметной роли. Чтобы подчеркнуть тождественность свойств нейтрона и протона по отношению к ядерным силам, эти две частицы объединяют общим термином нуклон 1 ). Говоря «нуклон», мы подразумеваем нейтрон или протон. Наиболее характерной особенностью ядерных сил являет- ся короткодействие — они достигают очень большого значе- 1 ) Нуклон — т. е. ядерная частица (лат. nucleus — ядро). Гл. XXV. Элементарные частицы 589
ния при сближении нуклонов на расстояние порядка 10 − 13 см, но при увеличении этого расстояния всего в несколько раз так сильно спадают, что практически ими можно пренебречь. В этом отношении ядерные силы не похожи на электрические силы или силы тяготения, которые изменяются плавно (обрат- но пропорционально квадрату расстояния между частицами). Они напоминают скорее силы, возникающие при соприкоснове- нии резиновых шариков. Потенциальную энергию
электрического взаимодействия двух протонов можно вычислить по формуле (206.1) с изменен- ным знаком (протоны отталкиваются!). При расстоянии между протонами r = 1,4 · 10
− 13 см имеем (e = 1,6 · 10 − 19 Кл): W =
1 4 πε 0 e 2 r ≈ 1 МэВ.
Опыты показывают, что потенциальная энергия ядерного взаи- модействия двух нуклонов при сближении до такого расстояния составляет около 50 МэВ (если считать ее равной нулю при бесконечном расстоянии). Таким образом, на малых расстояниях я д е р н о е в з а и м о- д е й с т в и е округленно н а д в а п о р я д к а (т. е. в 10 2 раз)
с и л ь н е е э л е к т р и ч е с к о г о. При больших расстояниях между протонами, например в молекуле Н 2 (r
− 8 см), поло- жение обратное: ядерное взаимодействие протонов оказывается ничтожно слабым по сравнению с электромагнитным. Как передается ядерное взаимодействие от одного нуклона к другому? Теория относительности Эйнштейна утверждает, что н и-
к а к и е в з а и м о д е й с т в и я м е ж д у ч а с т и ц а м и н е м о г у т п е р е д а в а т ь с я с о с к о р о с т ь ю, п р е в ы ш а- ю щ е й с к о р о с т ь с в е т а в вакууме. Допустим, одна из двух взаимодействующих частиц быстро изменила свое положение. Вторая частица «почувствует» изменение силы взаимодействия, вызванное смещением первой частицы, с запозданием, пропорцио- нальным расстоянию между частицами. Запаздывание может быть много больше длительности перемещения частицы — частица давно остановилась, но в окружающем пространстве еще что-то происходит, что позже скажется на второй частице. Это означает, что с у щ е с т в у е т н е к о т о р ы й а г е н т, п е р е н о- с я щ и й в з а и м о д е й с т в и е. В случае
взаимодействия заряженных частиц такой агент нам хорошо знаком — это электромагнитное поле. Наряду с полями, связанными с электри- ческими зарядами, существуют и свободные электромагнитные |