ГЛАВА 5. ФИЗИКА ПИОНА В ЯДЕРНОЙ СРЕДЕ

До этого момента мы обсуждали роль пиона в системах нескольких тел. Сейчас мы обратимся к другой крайней ситуации и исследуем основные свойства пионов, взаимодействующих с ядерным многотельным окружением. Характерной особенностью пиона в ядерной среде является то, что он проявляет взаимодополняющие свойства, действуя в одно и то же время и как внешнее возмущающее поле, и как внутренний источник ядерных сил. С одной стороны, ядро служит преломляющей средой для пионной волны. С другой стороны, пион тесно связан со свойствами низкочастотных коллективных спин-изоспиновых мод в среде, так как длиннодействующая часть ядерной силы, зависящей от спина и изоспина, продуцируется пионным обменом. В предельном случае очень сильного пион-нуклонного взаимодействия такая коллективная мода может появляться даже при нулевой частоте. Соответствующий фазовый переход называется пионной конденсацией [1].

В качестве первого шага мы рассмотрим классическое распространение пиона в системе замороженных нуклонов, пренебрегая внутренними многочастичными степенями свободы. После этого исследуем проблему пион-ядерного лтклика в более общем мно-готельном рассмотрении. Акцент в этой главе сделан на главные концепции, которые будут служить основой при существенно более детальном обсуждении процессов пион-ядерного рассеяния в гл. 7, эффектов сильного взаимодействия в пионных атомах в разделах 6.4-6.6 и ядерных спин-изоспиновых возбуждениях в гл. 10.

5.1. Оптические аналогии

При описании основных свойств распространения пионной волны в ядерной материи полезно провести аналогию с явлением прохождения света сквозь преломляющую среду. Это нужно сделать по двум причинам. Во-первых, волновое число пиона изменяется в ядерной среде. Прототип этого эффекта можно обнаружить в теории показателя преломления, возникающего от рассеяния вперед света атомами. Во-вторых, и это более существенно, и рассеяние света атомами, и рассеяние пионов нуклонами имеет доминирующую дипольную компоненту. Как следствие, свойства пионной волны в ядерной среде проявляют ряд особенностей и явлений,

имеющих точные классические аналоги в случае электромагнитных дипольных взаимодействий. Это относится к явлениям поляризации, векторам смещения, эффективным полям и т. д. и служит полезным руководством при более детальном исследовании пионных эффектов в среде.

Давайте рассмотрим случай многократного рассеяния на системе массивных нуклонов. Основное предположение теории многократного рассеяния состоит в том, что свойства каждого рассеивателя не меняются из-за присутствия других рассеивателей.

Существует два физически различных режима для многократного рассеяния: коротко- и длинноволновый пределы, характерные для высокой и низкой начальных энергий. В длинноволновом пределе размеры рассеятелей малы по сравнению с длиной волны, и их можно рассматривать как точечноподобные. Для любого отдельного события рассеяния нужно принимать во внимание только главные парциальные волны, т.е. и р-волны. В этом пределе возникает рассеяние волны на точечных центрах с широким распределением по углам рассеяния. В такой ситуации волна легко рассеивается назад, к частице, на которой она уже рассеялась перед этим.

В пределе же высокой энергии длина волны мала по сравнению с размерами рассеивателя. Это приводит к пику вперед для расходящейся волны около каждого рассеивателя, и поэтому многократное рассеяние на той же частице подавляется.

Для большинства практических целей область высоких энергий начинается от энергий пиона около 1 ГэВ. Здесь нас больше интересует область низких и промежуточных энергий вплоть до -резонанса и выше. Напомним (см. гл. 2), что в этой области пион-нуклонное взаимодействие на самом деле определяется и -волнами. На основе этого наблюдения мы сейчас обсудим аналогию между рассеянием пионов в ядерной материи и дипольным рассеянием света в среде.