В ядре сильное ядерное взаимодействие вызывает взаимодействия между протонами и протонами, между нейтронами и нейтронами и между протонами и нейтронами. Что мы знаем об этом взаимодействии?
Связанный:
Протоны и нейтроны вместе называются нуклонами. Нуклоны взаимодействуют через сильное ядерное взаимодействие, и это взаимодействие не может быть выражено никаким простым уравнением. Причина в том, что нуклоны не являются фундаментальными частицами. На самом деле это скопления кварков.
На короткие расстояния
Низкоэнергетическая структура ядер поразительно нечувствительна к деталям нуклон-нуклонного взаимодействия, которое вы выбираете как приближение к реальному лежащему в основе кварк-кварковому взаимодействию. Это и хорошо, и плохо. Это хорошо, потому что вам не нужно слишком много разбираться в неприятных деталях, чтобы выяснить свойства ядер, например, почему ядра имеют такие размеры и форму. Это плохо, потому что это означает, что вы никогда не сможете сделать много выводов о взаимодействии, просто наблюдая за свойствами ядер. В качестве примера того, насколько нечувствительна структура ядра к деталям сильного ядерного взаимодействия, кластеры атомов натрия имеют магические числа , которые совпадают с первыми несколькими магическими числами.для ядер; это потому, что эти магические числа зависят только от ближнего характера взаимодействия.
Другие эффекты, которые можно понять на основе короткого диапазона взаимодействия:
Ядра действуют так, как будто у них есть поверхностное натяжение (поэтому они сопротивляются деформации).
Ядра наиболее стабильны, если они имеют четное число нейтронов и четное число протонов (поскольку в этом случае нейтроны и протоны могут объединяться в пары на обращенных во времени орбитах, которые максимизируют их пространственное перекрытие).
Нуклоны в открытой оболочке стремятся соединиться, чтобы сформировать минимальный полный угловой момент (противоположность правилам Хунда для электронов).
Остаточное взаимодействие
Короткодействующая природа ядерного взаимодействия очень удивительна, поскольку считается, что кварк-кварковая сила практически не зависит от расстояния. Здесь происходит то, что нуклоны нейтральны по цвету, так же как атом водорода нейтрален по заряду. Как атомы водорода «не должны» взаимодействовать, так и нуклоны «не должны» взаимодействовать. Силы между нуклонами почти компенсируются, и точно так же почти компенсируются электрические силы между двумя нейтральными атомами водорода. Неисчезающее взаимодействие возникает из-за таких эффектов, как поляризация одной частицы другой. По этой причине нуклон-нуклонное взаимодействие называют остаточным взаимодействием.
Какие другие особенности ядерного взаимодействия, кроме константы связи и диапазона, важны для понимания низкоэнергетической ядерной структуры?
Спин-орбита
Существует спин-орбитальное взаимодействие, которое намного сильнее и направлено в противоположную сторону по сравнению с ожидаемым только из специальной теории относительности.
Симметрия между нейтронами и протонами
Ядерное взаимодействие остается неизменным, когда мы превращаем нейтроны в протоны и протоны в нейтроны. По этой причине легкие ядра демонстрируют почти идентичные свойства, если поменять местами их N и Z. Тяжелые ядра не имеют этой симметрии, которая нарушается электрическим взаимодействием.
Качественных признаков, выводимых из размеров ядер, нет.
Мы не получаем четкой качественной информации о взаимодействии, основанной на наблюдаемых размерах ядер. Чрезвычайно широкий класс взаимодействий между точечными частицами приводит к системам из n тел, которые имеют связанные состояния и конечную плотность. Конечная плотность (т. е. отсутствие полного коллапса в точку) по существу является общим результатом принципа неопределенности Гейзенберга. Только для некоторых специальных типов потенциалов, которые взрываются до на коротких дистанциях это можно обойти (Lieb 1976).
Разнообразие моделей
Поскольку нуклон-нуклонное взаимодействие является остаточным взаимодействием, а нуклоны в действительности являются составными, а не точечными, все понятие нуклон-нуклонного взаимодействия является приближенным, и его можно моделировать различными способами, при этом обеспечивая согласие с данными. . В частности, некоторые модели имеют твердое отталкивающее ядро, а другие — нет (Chamel 2010, Stone 2006), и оба типа могут воспроизводить наблюдаемые размеры ядер. Это опровергает распространенное заблуждение, что такое твердое ядро необходимо для объяснения размеров ядер.
использованная литература
Чамель и Пирсон, 2010 г., «Метод Скирма-Хартри-Фока-Боголюбова: его применение к конечным ядрам и корам нейтронных звезд», http://arxiv.org/abs/1001.5377 .
Lieb, Rev Mod Phys 48 (1976) 553, доступно на http://www.pas.rochester.edu/~rajeev/phy246/lieb.pdf .
Стоун и Рейнхард, 2006 г., «Взаимодействие Скирма в конечных ядрах и ядерной материи», http://arxiv.org/abs/nucl-th/0607002 .