Ядерные силы Квантовая механика позволяет найти волновую функцию

Ядерные силы Квантовая механика: позволяет найти волновую функцию частицы, если известен потенциал силового поля. Взаимодействие между электронами и ядром: закон Кулона. Взаимодействие между нуклонами в ядре: точный закон неизвестен – уравнение Шредингера точно решить нельзя. Дополнительная сложность: большинство ядер – система многих частиц.

Свойства ядерных сил: • Многие ядра устойчивы – сильное взаимодействие между нуклонами превышает гравитационное и электромагнитное. Пример: Альфа-частица, между протонами должна действовать кулоновская сила отталкивания. Для двух протонов на расстоянии 1 фм энергия взаимодействия: Гравитационное притяжение двух протонов: примерно в 10– 36 раз меньше Fкул Энергия, необходимая для устранения нуклона из ядра 4 He: порядка 20 Мэ. В

Свойства ядерных сил: • Ядерные силы между любыми двумя нуклонами нейтрон-нейтрон, протон и протон-нейтрон одинаковы. • • Действуют на малых расстояниях порядка нескольких фм. Обладают свойством насыщения. График: энергия связи, приходящаяся на один нуклон, в зависимости от массового числа атома A.

Потенциальная энергия ядерных сил Приближенное представление ядерных сил: прямоугольная потенциальная яма глубиной порядка 40 Мэ. В и шириной несколько фм. Экспериментальные способы исследования ядерных сил: • Ядерная спектроскопия – исследование испускания и поглощения ядрами частиц и излучений (состояния ядер – энергии, магнитные моменты, электрические квадрупольные моменты, спины). • Рассеяние налетающих частиц на ядрах-мишенях. Пример: бомбардировка протонами с энергиями > 20 Мэ. В. При падении протонов на ядра-мишени наблюдается их дифракция. Дифракционная картина позволяет установить вид ядерного потенциала.

Потенциальная энергия ядерных сил Приближенный вид потенциала при взаимодействии нейтрон-протон и нейтрон-нейтрон – не зависит от заряда нуклонов. нейтрон-протон нейтрон-нейтрон протон-протон Протон-протон: особенность правой ветви – кулоновское отталкивание.

Потенциальная энергия ядерных сил Свойства ядерного потенциала: • • • Имеется жесткая сердцевина с радиусом порядка 0. 5 фм. Ядерное притяжение действует на расстояниях порядка 2. 5 фм. На расстоянии порядка 3 фм притяжение почти прекращается. нейтрон-протон нейтрон-нейтрон протон-протон

Обменный характер ядерных сил Гипотеза о природе ядерных сил – Хидэки Юкава, 1935 г. Нобелевская премия – 1949 г. Нуклоны в ядре обмениваются частицами – мезонами (аналогия с виртуальными фотонами при э/м взаимодействии). мезон нуклон Диаграмма Фейнмана для представления обмена мезоном между двумя нуклонами.

Обменный характер ядерных сил Соотношение неопределенностей: Нуклон может испустить виртуальный мезон без нарушения законов сохранения, если он существует не дольше: Короткодействие ядерных сил объясняется наличием у мезонов массы. Допустимый пробег мезона – радиус действия ядерных сил: Зарядовые разновидности мезонов: +e, 0, –e

Обменный характер ядерных сил Если кроме обмена мезонами, нуклон получает от другого нуклона или ядра достаточно энергии – не менее массы покоя мезона – то виртуальный мезон может превратиться в реальный. пи-мезон (пион) Масса обнаруженных пионов: 140 Мэ. В/с2 Время жизни мезона: ядро нуклон Диаграмма Фейнмана для испускания мезона нуклоном в окрестности ядра.