є комптонівська довжина хвилі, приблизно в 200 разів перевищує радіус дії ядерних сил (рівний ~ 2 10 - 13 см). Крім того, величина сил, які могли б бути обумовлені віртуальними електронами, як показали розрахунки, виявилася надзвичайно малою. Таким чином, перша спроба пояснення ядерних сил за допомогою обміну віртуальними частками виявилася невдалою.
У 1935 р Японський фізик X. Юкава висловив сміливу гіпотезу про те, що в природі існують поки не виявлені частинки з масою, в 200-300 разів більшою маси електрона, і що ці-то частинки і виконують роль переносників ядерної взаємодії, подібно тому як фотони є переносниками електромагнітної взаємодії. Юкава назвав ці гіпотетичні частинки важкими фотонами. Так як за величиною маси ці частинки займають проміжне положення між електронами і нуклонами, вони згодом були названі мезонами (грецьке?? ??? Означає середній).
У 1936 р Андерсон і Неддермейер виявили в космічних променях частки з масою спокою, рівний 207 m е. Спочатку вважали, що ці частинки, що отримали назву?-мезонів, або мюонів, і є переносники взаємодії, передбачені Юкавой. Однак згодом з'ясувалося, що?-мезони дуже слабо взаємодіють з нуклонами, так що не можуть бути відповідальними за ядерні взаємодії. Тільки в 1947 р Оккиалини і Поуелл відкрили в космічному випромінюванні ще один тип мезонів - так звані?-мезони, або півонії, які виявилися носіями ядерних сил, передвіщеними за 12 років до того Юкавой.
Існують позитивний (? +), від'ємний (? -) і нейтральний (? 0) півонії. Заряд? + - І?- Мезонів дорівнює елементарному заряду е. Маса заряджених піонів однакова і дорівнює 273 т е (140Мев), маса? 0 -ме- зона дорівнює 264 т е (135Мев). Спін як заряджених, так і нейтрального?-мезона дорівнює нулю (s=0). Всі три частинки нестабільні. Час життя ? + - І?- Мезонів становить 2,55 10 - 8 сек,? 0 -мезона - 2,1 10 - 18 сек. Переважна частка (в середньому 99,97%) заряджених піонів розпадається за схемою
? +? ? + +?,?-? ?- +? (3.3)
(? + і? - позитивний і негативний мюони,? - нейтрино,? - антинейтрино). Решта 0,03% розпадів протікають за іншими схемами (наприклад,?? E +?,??? 0 + e +? І т. П., причому у випадку? + Утворюється е +, т. Е позитрон, а в випадку?- виникає е -, т. е електрон).
У середньому 98,7%? 0 -мезонів розпадаються на два?-кванта:
? 0? ? +? (3.4)
Решта 1,3% розпадів здійснюються з народженням пари електрон - позитрон і?-кванта (? 0? e + + е - +?) або двох електронно-позитронного пар (? 0? е + + е - + е + + е -).
Частинки, звані?-мезона, або мюонами, за сучасною класифікацією не відносяться до категорії мезонів; разом з електронами і нейтрино вони утворюють групу лептонів (тому замість терміна «? -мезон» краще користуватися терміном «мюон»). Мюони мають позитивний (? +) або негативний (? -) заряд, рівний елементарному заряду е (нейтрального мюона не існує ). Маса мюона дорівнює 207 m е (106Мев), спін - половині (s=1/2). Мюони, як і?-мезони, нестабільні, вони розпадаються за схемою:
? +? Е + +? + ?,?-? Е - +? + ?. (3.5)
Час життя обох мюонів однаково одно 2,22 10 - 6 сек.
Повернемося до розгляду обмінного взаємодії між нуклонами. У результаті аналогічних (3.1) віртуальних процесів:
(3.6)
(3.7)
, (3.8)
нуклон виявляється оточеним хмарою віртуальних?-мезонів, які утворюють поле ядерних сил.
Поглинання цих мезонів іншим нуклоном призводить до сильному взаємодії між нуклонами, що відбувається по одній з наступних схем.
1)
Протон випускає віртуальний? + -мезон, Перетворюючись на нейтрон. Мезон поглинається нейтроном, який внаслідок цього перетворюється в протон. Потім такий же процес протікає у зворотному напрямку (рис. 3, а). Кожен з взаємодіючих нуклонів частину часу проводить в зарядженому стані, а частина-в нейтральному.
2)
Нейтрон і протон обмінюються?- -мезона (Рис. 3, б).
)
Нуклони обмінюються? 0 -мезона (рис. 3, в).
Перший з цих трьох процесів знаходить експериментальне підтвердження в розсіянні нейтронів на протонах. При проходженні пучка нейтронів через водень в цьому пучку появляютсяпротони, багато з которихімеют ту ж енергію і напрямок руху, що і падаючі нейтрони. Відповідне число практично покояться нейтронів виявляється в мішені. Абсолютно неймовірно, щоб таке велике число нейтронів повністю передавало свій імпульс ...
