3. Зарядовая независимость ядерных сил

NN-рассеяние показало, что если вычесть влияние сил электромагнитной природы, то взаимодействие пар np, pp и nn одинаковы, т. е. собственно ядерное (сильное) взаимодействие не зависит от типа нуклона. Это свойство ядерных сил обычно формулируют как их зарядовую независимость

7. Ядерные силы зарядовонезависимы.

Это еще один тип симметрии (симметрии между парами nn, np, и pp), которому соответствует (приближенная) независимость ядерного гамильтониана от типов нуклонов. Если убрать в формуле Вайцзеккера кулоновское слагаемое, то замена np и pn не изменит энергию связи. Этой симметрии соответствует новая приближенно сохраняющаяся величина и квантовое число - изобарический спин (изоспин). К рассмотрению этой величины мы вернемся в пункте 7 этой лекции.

4. Спин-орбитальные силы

Ядерные силы зависят от взаимной ориентации спинов и орбитальных моментов нуклонов. Нуклон взаимодействует сильнее, если его спин и орбитальный момент направлены в одну сторону. Об этом говорят опыты по рассеянию поляризованных нуклонов (протонов) на бесспиновых ядрах-мишенях (например, , ) - ðèñ.5.5 .

Рис. 5.5

Если смотреть по направлению A, то картина взаимной ориентации спина и орбитального моментануклона будет выглядеть следу-ющим образом (рис.5.6). Оказывается, что налево (ипаралле-

	льны) и направо (иантипараллельны) рассеивается различное число частиц, что доказывает наличие спин-орбитальных сил. Таким образом можно сформулировать ещё одно свойство ядерных сил:
Рис. 5.6	8. Эти силы имеют спин-орбитальную добавку.

5. Обменный характер нуклон-нуклонных сил

Рассеяние высокоэнергичных нейтронов на покоящихся протонах демонстрирует обменный характер нуклон-нуклонных сил. В качестве примера на рис.5.7 показано рассеяние нейтронов с энергией 400 МэВ на протонах в системе центра инерции.

Рис. 5.7

Учитывая большую кинетическую энергию нейтронов (T_n=400 МэВ), это рассеяние на короткодействующем и неглубоком потенциале (V50 МэВ << T_n=400 МэВ).

Рассмотрим на качественном уровне кинематику такого np-рассеяния в системе центра инерции. До взаимодействия нейтрон и протон летят навстречу с одинаковыми скоростями (m_n  m_p). За исключением очень редких случаев лобового соударения (размер нуклона слишком мал, около 1 фм) нейтрон и протон пролетают на некотором расстоянии друг от друга и рассеиваются с небольшим изменением направления движения (скользящий удар). Угол рассеяния каждого нуклона невелик (<90⁰). Ситуация до и после столкновения выглядит так (рис.5.8):

Рис. 5.8

Появление большого числа назад летящих в системе центра инерции нейтронов (>90⁰) возможно лишь при обмене зарядом, когда протон превращается в нейтрон, а нейтрон в протон. Таким образом, результаты эксперимента выявляют еще одно свойство ядерных сил

9. Ядерные силы имеют обменный характер.

По величине “рогов” в кривой, показанной на рис.5.7, можно судить о соотношении обычных и обменных сил. Они одного порядка.

В заключение этого пункта поясним, почему рассеяние нейтронов сравнительно малых энергий (14 МэВ) изотропно. Рассмотрим np-рассеяние при разных энергиях в рамках дифракционной картины (см. лекцию 1). Первый дифракционный минимум возникает при угле ₁, даваемом соотношением

sin₁  0.6,

т.е. чем меньше энергия (и больше ), тем ₁ больше. Отсюда следует, что в пределе очень малых энергий рассеяние становится изотропным (рис.5.9).

Рис. 5.9

К показанному рисунку следует добавить, что четкой серии дифракционных максимумов не будет из-за “смазанности” пространственного распределения заряда в нуклоне.