Дейтрон и ядерные силы

В атомной физике точное решение квантовых уравнений может быть получено толь­ко для одного самого простого ато­ма — водорода. Он состоит всего из двух частиц — ядра и одного электрона, причем в масштабах атома ядро можно считать точеч­ным. Взаимодействие между ними описывается хорошо изученным электромагнитным потенциалом. В мире ядер таких простых систем нет. Даже самое простое ядро лег­кого водорода — протон — вклю­чает в себя множество частиц — это три валентных кварка и море токовых кварков и глюонов. Но если забыть о том, что нуклоны не элементарны, то самое простое составное ядро — ядро тяжелого водорода дейтерия.

Оно состоит из двух частиц — протона и ней­трона. В первом приближении энергию взаимодействия между ними можно представить в виде «прямоугольной ямы» радиусом R = 2,3 Фм (т. е. радиус действия ядерных сил очень мал — они «короткодействующие»). Воспользовавшись измеренным значением энергии связи дейтрона E_СВ = 2,23 МэВ, можно оценить глубину потенци­альной ямы U₀. Она оказалась равной 29 МэВ. (Это очень большая величина. Ядерные силы самые «сильные» в природе, поэтому взаимодействие, связывающее нуклоны в ядре, и получило название «сильное».) Выяснилось, что при таких параметрах ямы в ней существует только одно связанное состояние, т. е. возбужденных состояний у дей­трона нет. Их действительно никогда не наблюдали. Дейтрон — простейшая система сильно взаимодействую­щих частиц. При ее изучении выяснился ряд характерных особенностей ядерных сил.

1. Ядерные силы зависят от изотопического спина. Взаимо­действие между двумя нуклонами в состоянии с изоспином I = 0 гораздо сильнее, чем в состоянии с I = 1.

2. Ядерные силы существенно зависят от взаимной ориен­тации спинов частиц. Спин дейтрона J = 1. Связанное p-n состояние со спином J = 0 не наблюдалось. Отсюда следует, что взаимодействие протона и нейтрона при па­раллельных спинах гораздо сильнее, чем при антипараллельных спинах.

3. Ядерные силы нецентральные. Центральными называются силы, действующие вдоль линии, соединяющей взаимодей­ствующие частицы, если, конечно, они точечные. Гравита­ционные силы центральные, кулоновские силы центральные (по крайней мере, при сегодняшней точности их изучения). А вот про ядерные силы этого сказать нельзя. Есть несколько свидетельств нецентральности сил, действующих между ну­клонами, на что, например, указывают величина дипольного магнитного момента дейтрона и ненулевой электрический квадрупольный момент. Материал с сайта http://worldof.school

Нецентральность сил, действующих между нуклонами, проявляется в том, что эти силы зависят от взаимной ориентации относительно радиус-вектора r, связывающего нуклоны и вектора их суммарного спина

Потенциальная энергия взаимодействия p и n в дейтроне