Как обменные члены в феноменологических ядерных потенциалах связаны с обменом частицами-носителями ядерной силы?

В двух типах моделей слово «обмен» используется почти совершенно по-разному. Это похоже на неудачную часть лингвистической истории.

В моделях, основанных на симметрии, рассматриваемый «обмен» является полностью гипотетическим. Предположим, что в вашей системе электрон Ларри находится слева, а электрон Мо — справа, но вы ненадолго отвернетесь, и когда вы вернетесь, две частицы поменялись («поменялись») местами. Ты можешь сказать? Симметрии вашей системы — то есть, останется ли ваша система такой же после того, как Ларри и Мо поменяются местами — накладывают ограничения на разрешенные волновые функции. Наиболее известно, что система, состоящая из одинаковых фермионов, должна изменить знак, если две идентичные частицы поменяются местами; эта (анти-)симметрия порождает принцип запрета Паули и твердость материи. Это интересно в ядерном случае, потому что в пределе, когда сильный изоспинявляется хорошей симметрией, нейтрон и протон являются разными изоспиновыми проекциями одинаковых нуклонов. Но на самом деле ничто не меняется местами в основанных на симметрии моделях «обмена»; вы накладываете ограничения на разрешенные состояния, так что невозможно сказать, имел ли место такой обмен или нет.

С другой стороны, в моделях мезонного обмена «обмен» менее гипотетичен. Здесь у вас есть нуклоны, которые обмениваются энергией и импульсом друг с другом через возбуждения в мезонном поле вокруг них, которые можно смоделировать как виртуальные частицы, подчиняющиеся статистике Бозе-Эйнштейна. Модели мезонного обмена очень похожи на квантовую электродинамику, где взаимодействие между электрическими зарядами описывается «обменом» виртуальными фотонами. Понимание Юкавы заключалось в том, что если бозоны, передающие взаимодействие, массивны, то потенциалы, которые они производят, будут иметь конечный диапазон.

Еще больше мутит воду то, что между двумя типами взаимодействий есть некоторое совпадение. Например, пион можно рассматривать как повышающий или понижающий изоспин оператор, действующий на нуклон. Если Ларри-нейтрон и Мо-протон обменяться нейтральным пионом, они сохранят свою идентичность. Если вместо этого Ларри, нейтрон, и Мо, протон, обмениваются заряженным пионом, то конечное состояние будет таким, как если бы они поменялись местами, и соображения симметрии снова вступают в игру.

С практической точки зрения, модели, основанные исключительно на симметрии, по-видимому, возникли в более ранние периоды истории квантовой механики, а модели с переносчиками взаимодействия кажутся более современными усовершенствованиями. Текст , на который вы ссылаетесь (опубликованный в 1983 г.), по-видимому, обсуждает старые модели, основанные на симметрии, как способ качественно оправдать общие контуры нуклон-нуклонного взаимодействия, но включает в себя график ядерных потенциалов, полученный из модели мезонного обмена.

Наконец, модель мезонного обмена имеет тот недостаток, что спектр мезонов КХД слишком сложен. Существует огромное количество возможных переносчиков взаимодействия , многие из которых достаточно массивны, чтобы взаимодействие типа Юкавы не включалось до тех пор, пока нуклоны существенно не перекрываются — и в этом случае правомерно говорить об отдельных нуклонах, обменивающихся мезоном, ставится под вопрос не какое-то многокварковое взаимодействие. Нынешняя тенденция заключается в обсуждении эффективных теорий поля , в которых нуклон-нуклонная сила возникает в точечной вершине, а число рассматриваемых таких вершин ограничено квантовыми числами, которые изменяются или не изменяются при взаимодействии.