Величезна енергія зв'язку нуклонів в ядрі свідчить про те, що між нуклонами мається дуже інтенсивна взаємодія. Ця взаємодія носить характер тяжіння. Воно утримує нуклони на відстанях ~ 10 - 13 см один від одного, незважаючи на сильне електростатичне відштовхування між протонами. Ядерне взаємодія між нуклонами отримало назву сильної взаємодії. Його можна описати за допомогою поля ядерних сил. Перерахуємо відмітні особливості цих сил.
1. Ядерні сили є короткодіючими - при відстанях між нуклонами, що перевищують приблизно 10 лютого - 13 см, дія їх уже не виявляється. На відстанях, менша 1 10 - 13 см, тяжіння нуклонів замінюється відштовхуванням.
2. Сильна взаємодія не залежить від заряду нуклонів. Ядерні сили, що діють між двома протонами, протони і нейтрони і двома нейтронами, однакові за величиною. Це властивість називається, зарядовим незалежністю ядерних сил.
3. Ядерні сили залежать від взаємної орієнтації спінів взаємодіючих нуклонів. Так, наприклад, нейтрон і протон утримуються разом, утворюючи дейтон, тільки в тому випадку, коли їхні спини паралельні один одному.
4. Ядерні сили мають властивість насичення (це означає, що кожен нуклон в ядрі взаємодіє з обмеженим числом нуклонів). Ця властивість випливає з того факту, що енергія зв'язку, яка припадає на один нуклон, приблизно однакова для всіх ядер, починаючи з 2 Чи не 4. Крім того, на насичення ядерних сил вказує також пропорційність обсягу ядра числу утворюють його нуклонів [див. формулу (1.6)].
За сучасними уявленнями сильна взаємодія обумовлено тим, що нуклони віртуально обмінюються частинками, що одержали назву мезонів. Для того щоб усвідомити сутність цього процесу, розглянемо перш, як виглядає кулонівська взаємодія з погляду квантової електродинаміки.
Взаємодія між зарядженими частинками здійснюється через електромагнітне поле. Ми знаємо, що це поле може бути представлено як сукупність квантів енергії - фотонів. Згідно з уявленнями квантової електродинаміки процес взаємодії між двумя зарядженими частинками, наприклад електронами, полягає в обміні фотонами. Кожна частинка створює навколо себе поле, безперервно випускаючи і поглинаючи фотони. Дія поля на іншу частку виявляється в результаті поглинання нею одного з фотонів, іспущенних перший часткою. Такий опис взаємодії можна розуміти буквально. Фотони, за допомогою яких здійснюється взаємодія, не є звичайними реальними фотонами, а віртуальними. У квантовій механіці віртуальними називаються частинки, які не можуть бути виявлені за час їх існування. У цьому сенсі віртуальні частинки Можна назвати уявними. Щоб краще зрозуміти сенс терміна «віртуальний», розглянемо спочивають електрон. Процес створення їм в навколишньому просторі поля можна представити рівнянням:
е - е - + ћ? (3.1)
Сумарна енергія фотона і електрона більше, ніж енергія покоїться електрона. Отже, перетворення, що описується рівнянням (3.1), супроводжується порушенням закону збереження енергії. Однак для віртуального фотона це порушення є удаваним. Згідно з квантовою механікою енергія стану, існуючого час, виявляється певної лише з точністю, що задовольняє співвідношенню невизначеностей:
(3.2)
З цього співвідношення випливає, що енергія системи може зазнавати відхилення, тривалість яких не повинна перевищувати значення, що визначається умовою (3.2). Таким чином, якщо іспущенний електроном віртуальний фотон буде поглинений цим же або іншим електроном до закінчення часу=ћ /? (де?=ћ?), то порушення закону збереження енергії не може бути виявлено.
Якщо електрону повідомити додаткову енергію (це може статися, наприклад, при зіткненні його з іншим електроном), то замість віртуального фотона може бути испущен реальний фотон, який може існувати необмежено довго.
За час віртуальний фотон може передати взаємодію між точками, розділеними відстанню
.
Енергія фотона? =ћ? може бути як завгодно мала (частота? змінюється від 0 до?). Тому радіус дії електромагнітних сил є необмеженим. Якби частинки, якими обмінюються взаємодіючі електрони, мали відмінну від нуля масу спокою m 0, то, як легко збагнути, радіус дії відповідних сил був би обмежений величиною:
де - комптонівська довжина хвилі даної частинки (покладемо, що частинка - переносник взаємодії, рухається зі швидкістю с).
У 1934 р І. Є. Тамм висловив припущення, що взаємодія між нуклонами також передається за допомогою якихось віртуальних частинок. У той час, крім нуклонів, були відомі лише фотон, електрон, позитрон і нейтрино. Найважча з цих частинок - електрон ма...
