Ядерные силы.

В состав ядра входят, как мы знаем, положительно заряженные протоны, которые должны были бы отталкиваться между собою, а между тем ядра являются образованиями очень прочными. Какие же силы придают такую большую прочность ядру?

Ясно, что, кроме электростатических сил отталкивания, в ядре должны существовать еще и какие-то большие силы притяжения. Природа этих сил еще не изучена с достаточной полнотой, и мы называем их ядерными силами. Однако совершенно ясно, что это не силы тяготения (эти силы слишком слабы) и не силы электрические.

Особенностью ядерных сил является то, что они имеют очень большую величину — в сотни тысяч раз больше сил, удерживающих атомы в молекуле. В то же время они имеют очень малый радиус действия. Если химические силы действуют на расстоянии см, то ядерные силы могут действовать только на расстоянии см, вследствие чего нуклон хорошо взаимодействует только со своими ближайшими соседями.

Ядерные силы действуют примерно одинаково для любой пары нуклонов.

Как же осуществляется взаимодействие нуклонов в ядре?

В настоящее время существует мезонная теория ядерных сил. По этой теории ядерные силы относятся к типу обменных сил и в этом отношении несколько напоминают химические силы и, в частности, ковалентную связь.

Ковалентная связь, как известно, осуществляется тем, что пара электронов является общей для двух атомов и что атомы связываются между собою путем как бы взаимного «обмена» своими электронами, попеременно принадлежащим то одному, то другому атому.

Мы уже указывали, что в ядре протон и нейтрон характеризуются своей взаимопревращаемостью. Нейтрон, испуская электрон и антинейтрино, превращается в протон.

Естественно было предположить, что в результате такой взаимопревращаемости нуклонов осуществляются ядерные силы между нуклонами; нейтрон испускает электрон и антинейтрино и превращается в протон, и далее все начинается сначала. Таким образом, находящиеся все время в процессе передачи электрон и антинейтрино связывают, как бы склеивают между собою протоны и нейтроны.

Однако расчеты показали, что ядерные силы, возникающие при таком обмене, слишком слабы по сравнению с опытными данными. Поэтому в 1936 г. японский физик Юкава предположил, что в обмене между нуклонами должны участвовать какие-то особые частицы (в то время еще неизвестные) и вычислил массу этих частиц.

Позднее, в 1947 г., такие частицы были открыты в космических ,лучах и были названы пи-мезонами.

Пи-мезоны крайне неустойчивы (время их существования около одной стомиллионной доли секунды) и могут распадаться в конечном итоге на электрон (или позитрон) и нейтрино.

В непрерывном обмене пи-мезонами, колеблющимися между нуклонами ядра, и заключается сущность внутриядерных сил.

Схемы взаимного перехода элементарных частиц можно представить так: