Потенціал юкави

Відео: Ядерка. Лекція 8. Частина 2.avi

потенціал Юкави - модельний потенціал для опису сильної взаємодії між адронів.
Енергія взамодіі між адронами, виражена через потенціал Юкави, має вигляд



де g - постійна, яка задає інтенсивність ядерної взаємодії, k - постійна з розмірністю зворотного довжини, яка задає радіус взаємодії. Знак мінус вказує на притягання.
На початку 20 століття, після відкриття протонів і нейтронів, стало зрозумілим, що ядра атомів складаються з цих частинок, які отримали назву нуклонів, або адронів. Незважаючи на малий розмір атомів (порядку фемтометрів), постало питання про те, які сили можуть утримати в ядрі однойменно заряджені частинки, адже кулоновское відштовхування між ними дуже і дуже значне. Ця взаємодія отримало загальну назву сильної взаємодії. Першу модель сильної взаємодії запропонував Юкава Хідекі.
У 1934 р Юкава Хідекі припустив, що сильна взаємодія здійснюється через певне поле, схожим чином, як взаємодія між зарядами здійснюється через електромагнітне поле. Однак сильна взаємодія характеризується дуже малим радіусом дії, тому замість кулонівського потенціалу, він запропонував використовувати потенціал, величина якого падає з відстанню по експоненціальному закону. В такому випадку, на відстанях менших ніж 1 / k, коли експонента міняється несильно, між адронами існує тяжіння, схоже на кулоновское. На відстанях, значно більше 1 / k, взаємодія швидко спадає.
Юкава запропонував назвати поле, через яке здійснюється сильна взаємодія мезотронів, і, відповідно, квант цього поля іменувати мезотрони. Проте знавці грецької мови виправили ці назви, і тепер поле називається мезонним, а частки, що є його квантами мезонами.
В теорії Юкави мезонне поле описувалося певним потенціалом?, Який задовольняє рівнянню



,

де? - щільність розподілу адронному речовини. Це рівняння схоже на рівняння Пуассона електростатики. Для точкового адрони рішення цього рівняння має наведений нагорі вид.
З іншого боку воно нагадує рівняння Клейна-Гордона, яке в релятивістської квантової механіки описує хвильову функцію безспіновоі частки (бозона):

,



де c - швидкість світла, - Наведена постійна Планка, а m - маса бозона.
Зіставивши ці рівнняння, Юкава отримав, що стала k в запропонованому ним потенціалі повинна визначати масу мезона за допомогою формули

.

З іншого боку стала k описує радіус взаємодії між нуклонами, а, отже, визначає радіус ядра. Знаючи радіус ядра, можна оцінити масу мезона. Оцінки дали на ці маси величину приблизно в 200 разів більшу, ніж маса електрона.
Спочатку вважалося, що гіпотетичним мезоном, що відповідає за сильну взаємодію, є мюон, проте експерименти швидко показали, що мюон не бере участі в сильній взаємодії. Лише через кілька років була відкрита нова елементарна частинка - півонія, підтвердивши припущення Юкави про існування таких частинок. Однак незабаром стало ясно, що існує три різних типи півоній, а потім як з рогу достатку посипалися нові види мезонів. Існуванням безлічі частинок, які переносять сильну взаємодію, пояснюється її складний характер, потенціал Юкави описує тільки наближено. Однак він непогано працює на відстанях між адронами порядку 2 фм і при енергії взаємодії, меншою в 500 МеВ.
У 1949 році Юкава Хідекі отримав Нобелівську премію за передбачення існування мезонів.
Потенціал, аналогічний потенціалу Юкави, в атомній фізиці називають екранованим кулоновским потенціалом.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!