§ 221. Мезонная теория взаимодействия нуклонов

В предыдущем параграфе мы говорили, что взаимодействие электрически заряженных частиц происходит посредством электромагнитного поля и при этом квантовым путем. Электрическая частица отдает электромагнитному полю квант энергии, который затем передается полем другой частице. Если полагать наличие поля у ядерных сил и считать, что это поле также имеет квантовый характер, то можно взаимодействие нуклонов описать следующим образом: каждый нуклон окружен полем, нуклон передает квант энергии этому полю, а поле возвращает этот квант другому нуклону.

Теоретическое исследование возможности такого объяснения ядерных сил было предпринято Юкавой. Оказалось, что теория может быть построена, если принять, что поле, через посредство которого нуклоны взаимодействуют, обладает квантами с массой покоя, не равной нулю. Взаимодействие нуклонов было сведено, таким образом, к обмену частицами, обладающими некоторой массой По причинам, которые будут ясны ниже, эта частица получила название мезона. Мезон является квантом мезонного поля, окружающего нуклоны.

Остановимся на некоторых выводах теории. Прежде всего, попытаемся оценить радиус действия ядерных сил.

Энергия мезона, передаваемого нуклонами при взаимодействии, не может быть меньше, чем где масса покоя мезона. Время передачи мезона по порядку величины должно быть не более (на основании соотношения тгде количество передаваемой энергии, время, затрачиваемое на эту передачу). Так как мезон движется со скоростью не выше с, то расстояние, на которое мезоны могут быть переданы, не превышает Эта постоянная величина должна характеризовать радиус действия ядерных сил.

К такому выводу пришел Юкава. Учитывая известный в то время радиус действия ядерных сил, Юкава увидел, что теория совпадает с опытом, если масса покоя мезона раз превышает массу электрона.

Изложенная теория допускает с одинаковым успехом нейтральные, электрически отрицательные или положительные мезоны, что позволяет в рамках этой теории легко интерпретировать любые взаимодействия между нуклонами. Обозначая мезон Юкавы через и условливаясь индексом отмечать знак мезона, мы можем записать

взаимодействие между двумя нейтронами или двумя протонами как процессы обмена нейтральным мезоном,

Обменное взаимодействие протона и нейтрона требует отрицательного или положительного мезона в соответствии с уравнениями

Теория Юкавы была создана до открытия мезонов. В настоящее время написанные формулы — это запись явления, наблюдающегося на опыте.