Глава вторая. ЯДЕРНЫЕ СИЛЫ

При рассмотрении вопросов строения ядра был приведен ряд опытных данных о свойствах ядерных сил, действующих между протонами и нейтронами. В настоящее время трудности определения всех количественных соотношений пока не преодолены. Источниками наших сведений об особенностях ядерных сил являются экспериментальные исследования, важнейшие из которых будут рассмотрены ниже.

Простейшим ядром, в котором связаны только две частицы: один протон и один нейтрон, — является изотоп водорода — дейтон.

Изучение структуры и энергетических состояний этого ядра может дать некоторые сведения о ядерных силах.

Другим источником информации о ядерных силах служат опыты по рассеянию нуклонов на нуклонах при различных энергиях падающих частиц. В классической физике силы, действующие между двумя частицами можно измерять при различных взаимных расстояниях, скоростях и ориентациях их моментов с любой степенью точности. Микромир подчиняется законам квантовой механики и согласно принципу неопределенности невозможно установить два нуклона на строго определенном расстоянии друг от друга и измерять действующую между ними силу. Такой простой путь изучения ядерных сил закрыт.

Не все просто обстоит и при изучении столкновений частиц. Для характеристики процессов столкновений микрочастиц приходится вводить новое понятие так называемого эффективного сечения (или поперечного сечения) процесса — а. Происхождение этого параметра можно представить, если рассматривать частицу-рассеиватель в виде круглой мишени. Если допустить, что при попадании в мишень падающие частицы выбывают из пучка (либо поглощаются, либо отклоняются от своего пути за счет рассеяния), то площадь сечения мишени и будет представлять эффективное сечение процесса: где радиус мишени.

Практически невозможно ставить опыты с одиночными частицами, всегда мы имеем дело с потоками частиц и со множеством рассеивателей. Как же следует при этом определять эффективное сечение?

Плотность потока частиц, падающего на мишень, может быть записана в виде где число падающих частиц в единице объема; скорость падающих частиц.

Если число рассеивающих частиц в единице объема мишени, а толщина мишени, достаточно малая для того, чтобы многократное рассеяние было несущественно, то плотность потока в слое А ослабляется на величину такую, что

где величина а не зависит от и и характеризует единичный акт рассеяния.

Величина численно равна числу актов рассеяния (и поглощения в случае, когда измеряется полное ослабление пучка), отнесенному к единичному потоку частиц (т. е. числу актов, поделенному на число падающих частиц, проходящих в 1 сек через площадку в нормальную потоку). Иначе говоря, эффективное сечение представляет собой вероятность возникновения реакции (или рассеяния) в единичном потоке при прохождении слоя мишени в 1 см, содержащего одну рассеивающую частицу.

Для характеристики рассеяния по различным направлениям удобно ввести понятие о дифференциальном сечении рассеяния под которым понимают сечение рассеяния внутрь элемента телесного угла Число рассеянных частиц, летящих после попадания на мишень в элементе телесного угла пропорционально дифференциальному сечению. Полное сечение а равно интегралу от по сфере, окружающей мишень.

При рассмотрении процессов рассеяния пользуются двумя системами координат: лабораторной системой и системой центра инерции. Результаты измерения различных экспериментальных величин обычно представляются в лабораторной системе координат (л. с. к.) — в системе отчета, связанной с мишенью.

Однако анализ результатов иногда более удобно производить в системе цедтра инерции (с. ц. и.), в которой неподвижным началом координат является общий центр тяжести взаимодействующих частиц. Импульсы частиц, измеренные в с. ц. и., равны по абсолютной величине и противоположны по направлению. Таким образом, суммарный импульс обеих частиц в с. всегда равен нулю» что существенно упрощает анализ экспериментальных данных.

Полное сечение не зависит от того, в какой системе координат изучается процесс. Отметим, кроме того, что все введенные понятия справедливы и в том случае, если для процесса рассеяния существенны квантовые явления.