Лекции по курсу общей физики. Квантовая физика. Сабирова Ф.М. - 32 стр.

                                     32                                                                           45
куле водорода. Неразличимость частиц приводит к обменному взаи-                                    § 19. Ядерные силы. Модели ядра.
модействию.
      Молекула является квантовой системой; она описывается урав-                       Нуклоны в ядре удерживаются за счет особых сил, называемых
нением Шредингера, учитывающим движение электронов в молекуле,                   ядерными. Ядерное взаимодействие получило название сильного
колебания атомов молекулы, вращение молекулы. Решение этого                      взаимодействия, т.к. эти силы в миллионы раз превышают силы элек-
уравнения – очень сложная задача, которая обычно разбивается на                  тромагнитного взаимодействия.
две: для электронов и ядер. Энергия изолированной молекулы:                                            Основные свойства ядерных сил:
                        Е ≈ Е эл + Е кол + Е вращ ,      (13.1)                  1) ядерные силы являются силами притяжения;
                                                                                 2) ядерные силы являются короткодействующими – их действие
где Еэл – энергия движения электронов относительно ядер, Е кол –
                                                                                      проявляется на расстояниях ≈ 10 −15 м ;
энергия колебаний ядер (в результате которых периодически
                                                                                 3) ядерные силам свойственна зарядовая независимость – ядерные
изменяется относительное положение ядер), Е вращ – энергия вращения                   силы, действующие между двумя протонами, или двумя нейтро-
ядер (в результате которых периодически изменяется ориентация                         нами, или между протоном и нейтроном, одинаковы по величине.
молекулы в пространстве). В формуле (13.1) не учтены энергия                          Значит, ядерные силы имеют неэлектрическую природу;
поступательного движения центра масс молекулы и энергия ядер                     4) ядерные силы не являются центральными – не действуют вдоль
атомов в молекуле. Первая из них не квантуется, поэтому ее                            линии, соединяющей центры частиц;
изменения не могут привести к возникновению молекулярного                        5) ядерные силы зависят от взаимной ориентации спинов нуклонов.
спектра, а вторую можно не учитывать, если не рассматривать                           Например, протон и нейтрон удерживаются вместе, образуя ядро
сверхтонкую структуру спектральных линий. Доказано, что                               тяжелого водорода 12 Н , только в том случае, если их спины па-
Е эл ≈ 1 ÷ 10 эВ, Е кол ≈ 10 −2 ÷ 10 −1 эВ, Е вращ ≈ 10 −5 ÷ 10 −3 эВ, поэтому        раллельны друг другу;
 Еэл >>Каждая
        Е кол >> Еизвращ .                                                       6) ядерные силы обладают свойством насыщения – это означает, что
                      входящих в выражение (13.1) энергий квантуется (ей
                                                                                      каждый нуклон взаимодействует не со всеми остальными, а с ог-
соответствует набор дискретных уровней энергии) и определяется
                                                                                      раниченным числом нуклонов. Насыщение проявляется в том,
квантовыми числами. При переходе из одного энергетического со-
                                                                                      что удельная энергия связи нуклонов в ядре при увеличении чис-
стояния в другое поглощается или испускается энергия ΔE=hv. При
                                                                                      ла нуклонов не растет, а остается приблизительно постоянной.
таких переходах одновременно изменяются энергия движения элек-
                                                                                        Как известно из электродинамики, взаимодействие между заря-
тронов, энергии колебаний и вращения. Из теории и эксперимента
                                                                                 женными частицами осуществляется посредством электромагнитного
следует, что расстояние между вращательными уровнями энергии
                                                                                 поля. Такое поле можно представить как совокупность фотонов с
Δ Е вращ гораздо меньше расстояния между колебательными уровнями                 энергией hv, тогда взаимодействие двух заряженных частиц можно
Δ Е кол , которое, в свою очередь, меньше расстояния между электрон-             объяснить обменом фотонами. Например, −10 е↔ −10 е + hv - взаимодей-
ными уровнями Δ Еэл . На рисунке 13.1 схематически представлены                  ствие между электронами. Причем, эти фотоны являются виртуаль-
уровни энергии двухатомной молекулы (для примера рассмотрены                     ными, т.е. их нельзя обнаружить за время взаимодействия между час-
только два электронных уровня – показаны жирными линиями).                       тицами.
                                                                                        В 1934 г. И.Е.Тамм высказал предположение, что взаимодейст-
                                                                                 вие между нуклонами также осуществляется посредством каких-то
                                                                                 виртуальных частиц. В 1935 г. японский физик Юкава высказал гипо-
                                                                                 тезу о том, в ядрах протоны и нейтроны с чудовищной быстротой как
                                                                                 бы обменивается частицами, которые обладают массой, в 200-300 раз
                                                                                 большей, чем электрон. Позднее эти частицы назвали «мезонами». В