какие силы действуют между нуклонами в ядре

Ответ от Ёhallenger[гуру]
Ядерные силы
- силы, действующие между нуклонами, представляют собой проявление сильного взаимодействия - одного из фундаментальных взаимодействий элементарных частиц. Сведения о Я. с. получены из данных о рассеянии нуклонов на нуклонах, а также из исследований св-в атомных ядер (связанных состояний нуклонов) . Само существование атомных ядер заставляет предположить, что в Я. с. имеется существенное притяжение, которое и обеспечивает энергию связи нуклонов в ядрах порядка неск. МэВ на нуклон. Кроме того, с увеличением числа нуклонов A в ядре энергия связи на нуклон остается примерно постоянной, а объем ядра растет пропорционально A. Про системы с такими св-вами говорят, что в них имеется насыщение сил, и потому Я. с. наз. насыщающими. Они приводят к возможности существования ядерной материи (см. Нейтронные звезды) , плотность энергии к-рой не зависит от полного числа нуклонов и составляет примерно 16 МэВ на нуклон [если пренебречь эл. -магн. (кулоновским) и гравитац. взаимодействиями] . Грубо можно представить себе, что Я. с. - это притяжение только между нуклонами - ближайшими соседями, поэтому и энергия связи ядра пропорциональна числу нуклонов в ядре.
Обычно предполагают, что потенциал Я. с. в произвольной системе унклонов можно свести к сумме потенциалов парных сил, т. е. сил, действующих между парой нуклонов (влиянием всех остальных нуклонов на данную пару пренебрегают) . Хотя кроме парных взаимодействий нуклонов наверняка существуют многочастичные нуклонные взаимодействия, последние проявляются значительно слабее и их пока нельзя однозначно выделить в эксперименте. Поэтому под Я. с. обычно подразумевают парные Я. с.
Совершенно иная ситуация возникает в системе, где преимущественно действуют кулоновские или гравитац. силы. Из-за того, что потенциал этих сил очень медленно спадает с расстоянием r между частицами (как 1/r), во взаимодействии с данной частицей принимают участие не только ближайшие соседи, но и все частицы системы. Поэтому энергия взаимодействия растет гораздо ьыстрее, чем число частиц, и насыщения сил не возникает. Ненасыщенные св-ва гравитац. сил и явл. причиной гравитационного коллапса массивных звезд.
Я. с. описывают при помощи потенциала, к-рый явл. функцией расстояния r между нуклонами. В отличие от кулоновского и гравитац. потенциалов, обратно пропорциональных расстоянию, ядерный потенциал зависит от r гораздо сложнее. Напр. , на расстоянии 1 ферми (1 ферми=10-13 см) ядерное притяжение максимально и превышает кулоновское взаимодействие (потенциал) в неск. десятков раз, а гравитационное - в 1038 раз, однако с увеличением расстояния до r=6 ферми ядерное притяжение убывает в 200 раз, тогда как кулоновское и гравитационное только в 6 раз.
Из-за такого различия ядерных, кулоновских и гравитац. сил их относительный эффект зависит от полного числа частиц в системе. В ядрах с гравитац. силы несущественны, а кулоновские силы отталкивания пропорциональны квадрату числа протонов (Z2) и уменьшают полную энергию связи примерно на 25% для ср. и тяжелых ядер (). Кулоновские силы приводят также к спонтанному делению тяжелых ядер, потому что суммарная кулоновская энергия отталкивания в ядрах - продуктах деления - меньше, чем в исходном ядре. Эти же кулоновские силы делают невозможным существование равновесной ядерной материи с примерно одинаковым числом протонов и нейтронов, поскольку энергия связи за счет Я. с. растет как A, а отталкивание за счет кулоновских сил растет как Z2 ~ A2. Нейтронная ядерная материя в отсутствие гравитац. сил не может существовать, т. к. , по теоретич. оценкам, притяжения между нейтронами чуть-чуть не хватает для образования связанного состояния. С ростом числа нуклонов в системе, а следовательно ее массы, гравитац. силы становятся все более важными. При суммарной массе нуклонов, сравнимой с массой нейтронной звезды (), гравитац. энергия превышает 15% массы покоя всех нуклонов (в энергетическом выражении) ; ...смотрите ссылку:
Источник: ссылка