Ядерная физика. Лекция 2. Ядерное взаимодействие как обмен пи-мезонами.
Ядерные силы, действующие между нуклонами внутри атомного ядра, являются остаточным проявлением сильного (цветового) взаимодействия между кварками внутри нуклонов.
Это аналогично тому, как межмолекулярные силы являются остаточным проявлением электромагнитного взаимодействия между зарядами внутри молекул.
Сильное взаимодействие между кварками переносят глюоны.
Глюоны, как и кварки, имеют цвет, и поэтому они не способны выйти за пределы нуклона.
Когда глюон пытается покинуть нуклон, рождается пара "кварк+антикварк".
Из таких пар образуются новые частицы - мезоны.
Мезоны - это частицы, состоящие из кварка и антикварка.
Будучи бесцветными, мезоны способны существовать самостоятельно.
Существует множество различных мезонов, так как из шести кварков и шести антикварков можно создать множество различных пар "кварк+антркварк".
Однако с подавляющей вероятностью образуются самые лёгкие из мезонов - пи-мезоны.
Пи-мезоны состоят только из кварков (и антикварков) первого поколения, то есть из верхнего и нижнего кварков.
Существует 3 пи-мезона - нейтральный, положительно заряженный и отрицательно заряженный.
Таким образом, нуклоны постоянно испускают и поглощают виртуальные пи-мезоны.
В результате каждый нуклон окружён облаком виртуальных пи-мезонов.
Если поблизости появляется другой нуклон, то их мезонные облака соприкасаются, и посредством этого нуклоны начинают обмениваться виртуальными пи-мезонами.
Таким образом, взаимодействие нуклонов (то есть ядерное взаимодействие) представляет собой обмен пи-мезонами.
То есть пи-мезоны являются переносчиками ядерного взаимодействия между нуклонами.
Поглощаться и испускаться могут как нейтральные, так и заряженные пи-мезоны, а также как центральным, так и нецентральным образом.
Поэтому обмен пи-мезонами может происходить несколькими различными способами.
При испускании нейтральных пи-мезонов, заряд испустивших и поглотивших его нуклонов не меняется, и обмена электрическими зарядами между нуклонами не происходит.
А при испускании заряженных пи-мезонов, заряды испустивших и поглотивших его нуклонов меняются, и происходит обмен зарядами между нуклонами.
При испускании пи-мезона центральным образом, пи-мезон не получает от нуклона момента импульса.
Поэтому спины испускающих и поглощающих его нуклонов не меняются и не происходит обмена моментами импульса.
При испускании пи-мезона нецентральным образом, пи-мезон получает от нуклона момент импульса.
Поэтому меняются на противоположные направления спинов испускающих и поглощающих его нуклонов.
То есть происходит обмен моментами импульса.
Таким образом, ядерное взаимодействие может менять заряды и направления спинов нуклонов.