Атомное ядро и сильные взаимодействия

Как вы знаете, начало исследованию атомного ядра положило открытие Антуаном Беккерелем в 1896 г. радиоактивности урановой руды.

Как выяснилось позднее, β-излучение представляет собой поток электронов, γ-излучение - поток фотонов очень короткой длины волны, а α-излучение - поток ядер атома гелия. Именно α-излучение дало в руки экспериментаторов мощное орудие исследования атомных ядер. Разгоняя α-частицы электрическим полем до высоких энергий и бомбардируя ими атомные ядра, физики стимулировали ядерные реакции, дававшие ключ к изучению процессов, происходящих в ядре.

При помощи этого метода были открыты новые нейтральные частицы с массой, примерно равной массе протона. После этого Дмитрий Дмитриевич Иваненко и Вернер Гейзенберг предложили протон-нейтронную модель ядра. В соответствии с этой моделью ядро состоит из двух типов частиц: протонов и нейтронов. Массы этих частиц приблизительно равны, но, в отличие от положительно заряженного протона, нейтрон - частица, не имеющая заряда. Позднее обе эти частицы стали называть нуклонами.

Что же удерживает нуклоны в ядре и не дает им разлететься? При таких малых расстояниях между протонами электрические силы, оказываются огромными. Что касается гравитационных сил, то простейшие оценки показывают, что для микрочастиц они настолько малы, что их можно не учитывать. В результате возникла гипотеза о существовании нового фундаментального взаимодействия, которое назвали сильным взаимодействием. Поскольку это взаимодействие проявляется только внутри ядра, оно должно быть короткодействующим, т. е., будучи значительным при расстояниях порядка размера ядра, быстро убывать при увеличении этого расстояния. Именно сильное взаимодействие определяет течение всех ядерных реакций.

Важной характеристикой сильного взаимодействия является то, что оно действует не между любыми частицами. Например, на электрон это взаимодействие не оказывает влияния. Частицы, которые участвуют в сильном взаимодействии, впоследствии стали называть адронами, а частицы, не участвующие в сильном взаимодействии, - лептонами.

Сильное взаимодействие обеспечивает связь нуклонов в атомном ядре. Это короткодействующее взаимодействие проявляется лишь на малых расстояниях, порядка 10-13 см. Энергия этих взаимодействий выделяется, в частности, при протекании ядерных реакций.

Читать далее