Почему два протона отталкиваются?

Электромагнитное отталкивание между двумя протонами является дальнодействующей силой, зависящей от$1/r^2$, где$r$это разделение двух протонов. Электромагнитное отталкивание между двумя протонами не является причиной того, что они не слипаются; если они вынуждены вместе (или могут туннелировать через кулоновский барьер), то сильные ядерные силы ближнего действия намного сильнее, чем электромагнитная сила над расстояниями$<1.7\times10^{-15}\ m$, однако они не могут создать связанное состояние, состоящее из двух протонов.

Причина этого в том, что хотя ядерное взаимодействие симметрично изоспину нуклонов (т. е. в первом порядке не зависит от того, являются ли нуклоны протонами или нейтронами), оно зависит от спинов двух частиц. Притягивающая природа силы достаточно сильна, чтобы связать два нуклона, только если они имеют выровненные спины (как в связанном состоянии дейтрона, у которого есть нейтрон и протон с выровненными спинами и полным угловым моментом 1). Однако если бы два нуклона были идентичными, т. е. взаимодействием p+p или n+n, то состояние связанного состояния с выровненными спинами было бы запрещено принципом запрета Паули.

Более глубокие причины этой спиновой зависимости потребуют ответа от кого-то, кто лучше разбирается в этих вопросах.

Да, протон и нейтрон держатся вместе, но два одинаковых — нет. Вы не получите нейтронные шары даже при наличии только межнейклонной силы и без электрического отталкивания.

Я спрашивал об этом несколько лет назад на онлайн-форуме по физике, задолго до StackExchange. В итоге получил учебник и в конце концов узнал, что «сила в значительной степени нечувствительна к видам (будь то протон или нейтрон), но сильно зависит от вращения».

Я получил два разных ответа на вопрос, существует ли дипротон в виде (мимолетного) связанного состояния.

Ответ относительно видов и спиновых комбинаций нейклонов связан с «синглетным состоянием против триплетного состояния». Это достаточно уникальная фраза, которую вы должны иметь возможность искать по ней (например, примечания к занятиям ... Следовательно, сила притяжения для синглетов изоспина (T = 0) и отталкивания для триплетов изоспина (T = 1). ; больше класса заметки в красивом PDF с иллюстрациями.

Итог: межнейклонная сила не так проста, как то, что вы думаете о гравитации, электричестве или магните, но с более быстрым спадом. У него сложное поведение, включающее в себя то, как парковаются частицы и что делают его соседи.