16. Мезонная теория ЯС.

Идеи: Гейзенберга, Иваненко, Тамма.

1932г. – Гейзенберг предположил обменный характер ЯС. Представление о передаче взаимодействия при помощи квантов может быть перенесено на ядерное взаимодействие.  Впервые это отметил Тамм в 1934г. Он предположил, что механизм обмена заключается в передаче (в момент ядерного взаимодействия) от одного нуклона к другому каких-либо легких частиц. Позже Тамм показал, что эти частицы не могут быть квантами ядерного поля, так как с помощью них нельзя объяснить малый радиус ЯС и большую энергию связи. 1934г. – Тамм, Иваненко выдвигают гипотезу о том, что в качестве обменного элемента выступает электронно-нейтринная пара. Позже Иваненко отказался от гипотезы.

Качественная теория Юкавы о виртуальных мезонах.

Дальнейшее развитие идея Тамма получила в работе Юкавы (1935г.), предположившего, что роль ядерных квантов выполняют не обнаруженные пока экспериментально нестабильные заряженные или нейтральные частицы, которые должны иметь массу от 200 до 300 m_e. Взаимодействие между протоном и нейтроном осуществляется с помощью (е- + ню(с волной)-пары или (е+ + ню)-пары. Закон сохранения энергии может выполняться с точностью deltaЕ, если процесс совершен за delta t . deltaЕ*delta t <=h(перечеркнутое).

delta E=m_x*c^2; delta t=R_s/c, R_s пропорционально 1-2 фм – радиус действия ЯС.

Частица (переносчик взаимодействия) движется со скоростью света. Процессы, происходящие с видимым нарушением закона сохранения энергии называются виртуальными,а частицы, участвующие в таких процессах  – виртуальные частицы.

m_x=h(перечерк.)/(R_s*c). m_x= (200-300)m_e. m_x - масса виртуальной частицы. Т.к. m_e<m_x<m_нукл., то такие частицы были названы мезонами. => Обмен между нуклонами происходит с помощью виртуальных мезонов.

Свойства мюонов и пионов.

В 1937г. в космических лучах были обнаружены мю-мезоны – мю+ и мю-. S_мю=1/2,  m_мю=207m_е. В настоящее время мю-мезоны называются мюонами.

Позднее (1947-1950гг.) сначала в составе космических лучей, а затем и на ускорителях были обнаружены пионы, или ПИ-мезоны (ПИ+, ПИ- и ПИ^0) – сильновзаимодействующие частицы из класса мезонов с барионным зарядом В=0, массой = 270 m_e, изоспином T(вектор)=1, спином S=0. ПИ+, ПИ- мезоны имеют время жизни порядка 2,6*10^(-16)с. Они распадаются по схемам: ПИ+ -> мю+ + ню_мю; ПИ- -> мю- + ню(с волной)_мю. ПИ^0 мезон имеет время жизни 0,8*10^(-16)с. Он распадается по схеме: ПИ^0 -> gamma+gamma.

Сущность мезонной теории ЯС (четыре типа обмена пионами между нуклонами).

Сущность мезонной теории заключается в том что нуклоны взаимодействуют между собой помощью пионов. С мезонной точки зрения происходит взаимодействие: p+n -> n’ + ПИ+ + n -> n’+p’  n+p -> p+ + ПИ- + p -> p’+n’  p-p -> p’+ПИ^0 + p -> p’+p

Была выдвинута гипотеза, что каждое ядро состоит из керна, окруженного пионной шубой (облаком). При p-p и n-n взаимодействиях обмен происходит с помощью ПИ^0. При p-n и n-p взаимодействиях – с помощью ПИ+ и ПИ-.

Мезонная структура нуклонов и предсказание ею значений магнитных моментов нуклонов.

мю_p=2,79мю_0 – магнитный момент протона, мю_n=-1,91мю_0 – магнитый момент нейтрона (получено в экспериментах).

мю_n=(1-t)*(мю_(n_0)+мю_(ПИ^0))+t*(мю_(p_0)+мю_(ПИ-)).

мю_(n_0)=мю_(ПИ^0)=0 (т.к. нулевые заряды), мю_0=eh(перечерк.)/(2m_p*c).

m_ПИ+=m_ПИ- =прим. 273m_e, мю_ПИ = -6,72мю_0.

=> мю_n=-1,71мю_0 (согласно мезонной теории). Оценим магнитный момент протона. мю_p=t*(мю_(n_0)+мю_(ПИ+))+t**(мю_(p_0)+мю_(ПИ^0))=2,71мю_0.

Мезоатомы.

Были обнаружены каоны с массой, пропорциональной 1000m_e.

В природе наблюдаются мезоатомы – атомы в которых вместо е- присутствуют мю-, ПИ- или К- (К-каоны).