§ 12. СТРУКТУРА НУКЛОНА

Как уже говорилось в § 1, наличие магнитного момента у нейтрона и большое значение магнитного момента протона могут быть объяснены только в предположении сложной структуры нуклона. Воспользуемся представлениями об испускании и поглощении мезонов нуклонами, изложенными в предыдущем параграфе, и предположим, что нуклон имеет структуру, аналогичную структуре атома.

Рис. 24. Различные модификации структуры нейтрона и протона

В соответствии с этим нейтрон можно представить себе двояко: либо в виде нейтрального керна (как бы «голого» нейтрона вокруг которого вращается -мезон (рис. 24,а), либо в виде положительно заряженного керна («голого» протона вокруг которого вращается -мезон (рис, 24,6).

В обоих случаях эта система в целом нейтральна. В принципе могут существовать обе модификации. Часть времени нейтрон может находиться в первом состоянии, часть времени — во втором. Если это так, то усреднение по обоим состояниям должно приводить к экспериментально полученному среднему магнитному моменту нейтрона.

Допустим, что за одну секунду в первом состоянии, когда

нейтрон находится в течение времени а во втором, когда

в течение времени Тогда средний момент будет представлен суммой:

где — магнитный момент идеального, или «голого», протона, который должен быть в точности равен ядерному магнетону магнитный момент орбитального движения -мезона, который отрицателен и в 6,6 раз больше поскольку его масса в 6,6 раз меньше массы протона. Следовательно, магнитный момент нейтрона должен быть меньше нуля

Аналогично получим для протона (рис. 24, в, г)

Развитые выше представления грубы, хотя они и помогают объяснить аномальные значения магнитных моментов нуклонов. Правильнее представлять нуклон в виде сложного образования из керна — «голого» нуклона, окруженного облаками виртуальных мезонов. На расстояниях, определяемых комптоновской длиной волны -мезона, см возникают и поглощаются -мезоны. Поскольку нуклоны взаимодействуют с К-мезонами и гиперонами, то эти частицы также могут образовать облако вокруг нуклона с несколько меньшим радиусом

Кроме того, сильное взаимодействие нуклонов с мезонами должно приводить к образованию нуклон-антинуклонных пар. Радиус, на котором образуются пары, еще меньше и имеет порядок .

Изучая рассеяние электронов высокой энергии на нуклонах можно получить сведения о распределении электрического заряда и магнитного момента нуклона. Такие опыты были поставлены Хофштадтером с электронами, имеющими энергию до нескольких сотен мегаэлектронвольт.

Результаты измерений подтвердили, что нуклоны обладают неоднородной структурой — плотной сердцевиной (керном) и менее плотной оболочкой (рис. 25).

Рис. 25. Структура нейтрона и протона

В распределении заряда в нуклоне можно выделить три области: 1) сердцевину с положительным зарядом, как у протона, так и у нейтрона. В этой области, радиус которой составляет около 4-10-14 см, сосредоточено примерно 0,4 общего заряда протона;

2) среднюю часть положительную у протона и отрицательную у нейтрона (на ее долю приходится 0,5 заряда протона); предполагают, что эта часть связана с виртуальными -мезонами;

3) наружную часть, имеющую форму плавного спада, одинакового у протона и нейтрона (на долю этой области приходится примерно 0,1 заряда протона).

Однако необходимо заметить, что эти результаты получены в предположении о справедливости электродинамики на расстояниях, меньших см. Окончательный вывод о структуре нуклона можно будет получить в результате дальнейших исследований с помощью электронов значительно более высокой энергии.