Главная > Физика > Пионы и ядра
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

ГЛАВА 3. ПИОНЫ И НУКЛОН-НУКЛОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ

3.1. Введение

3.1.1. Картина Юкавы

Идея нуклон-нуклонного взаимодействия конечного радиуса основана на концепции обмена виртуальными квантами поля с ненулевой массой между двумя источниками. В адронной физике легчайшим из этих квантов является пион. Он играет особую роль, поскольку обусловливает дальнодействующую часть силы. Поэтому при настоящем обсуждении -взаимодействия мы выделим аспекты, которые тесно связаны с физикой пионов [1].

Впервые Юкава (в 1935 г.) указал на аналогию между кулоновской силой, возникающей в результате обмена фотоном, и ядерной силой, обусловленной обменом мезоном. В то время мезоны рассматривались как элементарные частицы. Сейчас мы убеждены, что мезоны в отличие от фотона — объекты составные. Тем не менее, первоначальная идея Юкавы до сих пор жива как полезный и очень эффективный способ описания нуклон-нуклонного взаимодействия.

Аналогия между обменами фотоном и мезоном возникает уже для классических полей и отчетливо видна на примере скалярного взаимодействия. Рассмотрим сначала классический электростатический потенциал вне точечного заряда расположенного в начале координат,

Потенциальная энергия двух точечных зарядов находящихся на расстоянии друг от друга, равна

Взаимодействие между двумя бесконечно тяжелыми нуклонами посредством скалярного поля массы может быть записано точно таким же способом. Поле вне источника 1 с константой связи

отвечает потенциалу

Энергия взаимодействия со вторым нуклоном с константой связи находящимся на расстоянии от первого, равна

Если не обращать внимание на изменение знака, возникающее из-за векторного характера связи фотона, по сравнению со скалярной связью мезона, то принципиальная разница между кулоновским потенциалом и потенциалом мезонного обмена (3.4) заключается в экспоненциальной (юкавской) форме последнего. Радиус потенциала мезонного обмена определяется комптоновской длиной волны мезона

3.1.2. Структура потенциала

Аналогия между ядерными силами и статическим кулоновским взаимодействием сама по себе схематична и неполна. Электромагнитные силы, появляющиеся в результате обмена фотоном между частицами со спинами, или между нейтральными молекулами, описываются законами гораздо более сложными, чем закон Кулона. Например, взаимодействие между магнитными диполями содержит дополнительный потенциал (рис. 3.1)

С одной стороны, это взаимодействие отвечает тензорному потенциалу с характерным поведением . С другой стороны, оно приводит к короткодействующей сверхтонкой связи между спинами. Естественно ожидать появления аналогичных эффектов и для мезонных полей.

Кроме того, из-за связи магнитного момента с орбитальным за счет спин-орбитального -взаимодействия, в нуклон-нуклонном потенциале мы ожидаем -слагаемое. Более того, в высших порядках возможен двухфотонный обмен между двумя нейтральными атомами, взаимно поляризующими друг друга. Это явление приводит к ван-дер-ваальсовскому потенциалу, ответственному за молекулярные связи, аналогичному потенциалу взаимодействия, возникающему от двухпионного обменамежду нуклонами.

3.1.3. Характерные области нуклон-нуклонных взаимодействий

Физика нуклон-нуклонного взаимодействия может быть разделена на три главные области [2]:

1. Область больших расстояний, где доминирует однопионный обмен и где количественное поведение потенциала определено очень хорошо.

2. Промежуточная область, где динамические вклады от двухпионного обмена конкурируют или превосходят потенциал однопионного обмена.

3. Внутренняя область, имеет сложную динамику, с трудом поддающуюся теоретическому описанию. Ожидается, что на взаимодействие в этой области сильно влияют тяжелые мезоны и/или кварк-глюонные степени свободы. Она обычно описывается феноменологическим путем.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление