Дейтрон и ядерные силы
В атомной физике точное решение квантовых уравнений может быть получено только для одного самого простого атома — водорода. Он состоит всего из двух частиц — ядра и одного электрона, причем в масштабах атома ядро можно считать точечным.
Взаимодействие между ними описывается хорошо изученным электромагнитным потенциалом. В мире ядер таких простых систем нет.
Даже самое простое ядро легкого водорода — протон — включает в себя множество частиц — это три валентных кварка и море токовых кварков и глюонов. Но если забыть о том, что нуклоны не элементарны, то самое простое составное ядро — ядро тяжелого водорода дейтерия.
Оно состоит из двух частиц — протона и нейтрона. В первом приближении энергию взаимодействия между ними можно представить в виде «прямоугольной ямы» радиусом R = 2,3 Фм (т. е. радиус действия ядерных сил очень мал — они «короткодействующие»).
Воспользовавшись измеренным значением энергии связи дейтрона EСВ = 2,23 МэВ, можно оценить глубину потенциальной ямы U0. Она оказалась равной 29 МэВ. (Это очень большая величина.
Ядерные силы самые «сильные» в природе, поэтому взаимодействие, связывающее нуклоны в ядре, и получило название «сильное».) Выяснилось, что при таких параметрах ямы в ней существует только одно связанное состояние, т. е. возбужденных состояний у дейтрона нет. Их действительно никогда не наблюдали.
Дейтрон — простейшая система сильно взаимодействующих частиц. При ее изучении выяснился ряд характерных особенностей ядерных сил.
1. Ядерные силы зависят от изотопического спина. Взаимодействие между двумя нуклонами в состоянии с изоспином I = 0 гораздо сильнее, чем в состоянии с I = 1.
2. Ядерные силы существенно зависят от взаимной ориентации спинов частиц. Спин дейтрона J = 1. Связанное p-n состояние со спином J = 0 не наблюдалось.
Отсюда следует, что взаимодействие протона и нейтрона при параллельных спинах гораздо сильнее, чем при антипараллельных спинах.
3. Ядерные силы нецентральные. Центральными называются силы, действующие вдоль линии, соединяющей взаимодействующие частицы, если, конечно, они точечные.
Гравитационные силы центральные, кулоновские силы центральные (по крайней мере, при сегодняшней точности их изучения). А вот про ядерные силы этого сказать нельзя.
Есть несколько свидетельств нецентральности сил, действующих между нуклонами, на что, например, указывают величина дипольного магнитного момента дейтрона и ненулевой электрический квадрупольный момент.
