Yadro kuchlari

Yadro kuchlari (yoki nuklon-nuklon oʻzaro taʼsiri, qoldiq kuchli kuch yoki tarixan kuchli yadro kuchi) atomlarning protonlari va neytronlari oʻrtasida taʼsir qiluvchi kuchdir. Neytronlar va protonlar, ikkala nuklon ham yadro kuchidan deyarli bir xil taʼsir qiladi. Protonlar +1 e zaryadga ega boʻlgani sababli, ular ularni bir-biridan itarib yuboradigan elektr kuchini boshdan kechiradilar, ammo qisqa masofada jozibador yadro kuchi elektromagnit kuchni engish uchun etarlicha kuchli. Yadro kuchi nuklonlarni atom yadrolariga bogʻlaydi.

Yadro kuchi taxminan 0,8 femtometr (fm yoki 0.8×10⁻¹⁵ metr) masofadagi nuklonlar orasida kuchli boʻladi, lekin 2,5 fm dan ortiq masofalarda u tezda ahamiyatsiz boʻlib qoladi. 0,7 fm dan kam masofada yadro kuchi itaruvchi boʻlib qoladi. Bu itarilish yadrolarning kattaligi uchun javobgardir, chunki nuklonlar kuch ruxsat berganidan yaqinroq kela olmaydi. (Atomning angstremlarda (Å yoki 10⁻¹⁰ m) oʻlchanadigan oʻlchami besh marta kattaroqdir). Yadro kuchi oddiy emas, chunki u nuklon spinlariga bogʻliq, tenzor komponentiga ega va nuklonlarning nisbiy impulsiga bogʻliq boʻlishi mumkin.

Yadro kuchlari yadroviy energiya va yadroviy qurollarda ishlatiladigan energiyani saqlashda muhim rol oʻynaydi. Zaryadlangan protonlarni elektr surilishiga qarshi birlashtirish uchun ish (energiya) talab qilinadi. Bu energiya protonlar va neytronlar yadro hosil qilish uchun yadro kuchi bilan bir-biriga bogʻlanganda saqlanadi. Yadroning massasi proton va neytronlarning alohida massalari yigʻindisidan kichikdir. Massalardagi farq energiya ekvivalenti sifatida ifodalanishi mumkin boʻlgan massa nuqsoni sifatida tanilgan. Ogʻir yadro ikki yoki undan koʻp engilroq yadrolarga boʻlinib ketganda energiya chiqariladi. Bu energiya yadroviy kuch zaryadlangan yadro boʻlaklarini bir joyda ushlab turmaganda ajralib chiqadigan elektromagnit potentsial energiyadir.

Yadro kuchining miqdoriy tavsifi qisman empirik tenglamalarga tayanadi. Bu tenglamalar nuklonlararo potentsial energiyalar yoki potentsiallarni modellashtiradi. (Umuman olganda, zarralar tizimidagi kuchlarni tizimning potentsial energiyasini tavsiflash orqali soddaroq modellashtirish mumkin; potentsialning manfiy gradienti vektor kuchiga teng.) Tenglamalar uchun konstantalar fenomenologikdir, yaʼni ularni moslashtirish orqali aniqlanadi. eksperimental maʼlumotlarga tenglamalar. Nuklonlararo potentsiallar nuklon va nuklon oʻzaro taʼsirining xususiyatlarini tasvirlashga harakat qiladi. Aniqlangandan soʻng, har qanday berilgan potentsial, masalan, Shredinger tenglamasida nuklon tizimining kvant mexanik xususiyatlarini aniqlash uchun ishlatilishi mumkin.

Tavsif

Yadro kuchi odatda nuklonlar bilan bogʻliq boʻlsa-da, odatda bu kuch adronlar yoki kvarklardan tashkil topgan zarralar oʻrtasida seziladi. Nuklonlar orasidagi kichik ajralishlarda (spin hizalanishiga qarab markazlari orasidagi ~ 0,7 fm dan kam) kuch itaruvchi boʻlib, nuklonlarni maʼlum bir oʻrtacha ajralishda ushlab turadi. Bir xil nuklonlar (masalan, ikkita neytron yoki ikkita proton) uchun bu itarilish Pauli istisno kuchidan kelib chiqadi. Pauli repulsiyasi turli nuklonlardan (proton va neytron) bir xil kvarklar orasida ham sodir boʻladi.

Maydon kuchi

0,7 fm dan katta masofalarda kuch spinga moslangan nuklonlar orasida katta boʻlib, markazdan markazga taxminan 0,9 fm masofada maksimal boʻladi. Bu masofadan tashqarida kuch eksponent ravishda pasayadi, taxminan 2,0 fm ajralishdan tashqarida kuch ahamiyatsiz boʻladi. Nuklonlarning radiusi taxminan 0,8 fm ga teng.

Qisqa masofalarda (1,7 fm yoki undan kam) kuchli bogʻlanish yadro kuchi protonlar orasidagi itaruvchi Kulon kuchidan kuchliroqdir; shunday qilib yadro ichidagi protonlarning itarishini yengadi. Biroq, protonlar orasidagi Kulon kuchi ancha katta diapazonga ega, chunki u zaryad boʻlinishining teskari kvadrati sifatida oʻzgaradi va Kulon itilishi protonlar orasidagi ajralish taxminan 2 dan 2,5 fm dan oshganda yagona muhim kuchga aylanadi.

Yadro kuchi spinga bogʻliq komponentga ega. Spinlari tartiblangan zarrachalar uchun kuch, aylanishlari anti-hizalanmali zarralarga qaraganda kuchliroqdir. Agar ikkita zarracha bir xil boʻlsa, masalan, ikkita neytron yoki ikkita proton boʻlsa, kuch zarralarni bogʻlash uchun yetarli emas, chunki bir xil turdagi ikkita zarrachaning spin vektorlari zarralar bir-biriga yaqin boʻlganda va bir-biriga qarama-qarshi yoʻnalishda boʻlishi kerak. (spin uchun saqlash) bir xil kvant holatida. Fermionlar uchun bu talab Pauli istisno tamoyilidan kelib chiqadi. Proton va neytron kabi har xil turdagi fermion zarralari uchun zarralar Pauli istisno qilish printsipini buzmasdan bir-biriga yaqin boʻlishi mumkin va bir xil spinlarga ega boʻlishi mumkin va yadroviy kuch ularni bogʻlashi mumkin (bu holda, deytronga), chunki yadro kuchi spinga tenglashtirilgan zarralar uchun ancha kuchli. Ammo agar zarrachalarning spinlari bir-biriga qarama-qarshi boʻlsa, yadro kuchi ularni bogʻlash uchun juda zaifdir, hatto ular har xil turdagi boʻlsa ham.

Yadro kuchi, shuningdek, nuklon spinlari va nuklonlarning burchak momentumlari orasidagi oʻzaro taʼsirga bogʻliq boʻlgan tenzor komponentiga ega boʻlib, oddiy sharsimon shakldan deformatsiyaga olib keladi.

Yadroviy bogʻlanish

Yadroni bogʻlanmagan proton va neytronlarga ajratish uchun yadro kuchiga qarshi ishlash kerak. Aksincha, yadro erkin nuklonlardan yoki boshqa yadrolardan yaratilganda energiya chiqariladi: yadroviy bogʻlanish energiyasi. Massa-energiya ekvivalentligi (yaʼni, Eynshteyn formulasi E = mc²) tufayli, bu energiyaning chiqarilishi yadro massasining alohida nuklonlarning umumiy massasidan past boʻlishiga olib keladi va bu „massa nuqsoni“ deb ataladigan narsaga olib keladi.

Yadro kuchi nuklonlarning neytron yoki proton ekanligidan deyarli mustaqildir. Bu xususiyat zaryaddan mustaqillik deb ataladi. Kuch nuklonlarning spinlari parallel yoki antiparallel boʻlishiga bogʻliq, chunki u markaziy boʻlmagan yoki tenzor komponentiga ega. Quvvatning bu qismi markaziy kuchlar taʼsirida saqlanib qolgan orbital burchak momentumini saqlamaydi.

Verner Heisenberg tomonidan taklif qilingan kuchli bogʻlanishga olib keladigan simmetriya shundan iboratki, protonlar va neytronlar zaryaddan tashqari har jihatdan bir xildir. Bu mutlaqo toʻgʻri emas, chunki neytronlar biroz ogʻirroq, ammo bu taxminiy simmetriyaga ega. Shuning uchun protonlar va neytronlar bir xil zarracha sifatida qaraladi, ammo izospin kvant raqamlari har xil; anʼanaviy ravishda proton izospin yuqoriga, neytron esa pastga izospin boʻladi. Kuchli kuch SU (2) izospin transformatsiyasida oʻzgarmas boʻladi, xuddi zarralar orasidagi boshqa oʻzaro taʼsirlar ichki spinning SU (2) transformatsiyasida oʻzgarmasdir. Boshqacha qilib aytganda, izospin va ichki spin transformatsiyalari SU (2) simmetriya guruhiga izomorfdir. Oʻzaro taʼsir qiluvchi zarralar toʻplamining umumiy izospini 0 ga teng boʻlsa, faqat kuchli diqqatga sazovor joylar mavjud, bu tajriba bilan tasdiqlangan.

Tarixi

Yadro kuchi 1932-yilda Jeyms Chadvik tomonidan neytron kashf etilgandan beri yadro fizikasining markazida boʻlib kelgan. Yadro fizikasining anʼanaviy maqsadi atom yadrolarining xususiyatlarini nuklon juftlari yoki nuklon-nuklon kuchlari (NN kuchlari) oʻrtasidagi oʻzaro taʼsir nuqtai nazaridan tushunishdir. Neytron kashf etilganidan bir necha oy oʻtgach, Verner Heisenberg va Dmitriy Ivanenko yadro uchun proton-neytron modellarini taklif qilishdi. Geyzenberg yadrodagi proton va neytronlarning tavsifiga kvant mexanikasi orqali yaqinlashdi, bu yondashuv oʻsha paytda umuman aniq boʻlmagan.

Geyzenbergning yadrodagi proton va neytronlar haqidagi nazariyasi „yadroni kvant mexanik tizim sifatida tushunish yoʻlidagi katta qadam“ edi. Geyzenberg nuklonlarni bogʻlaydigan yadro almashinuv kuchlarining birinchi nazariyasini kiritdi. U proton va neytronlarni bir xil zarrachaning turli kvant holatlari, yaʼni yadro izospin kvant sonlarining qiymati bilan ajralib turadigan nuklonlar deb hisobladi. Yadro uchun eng dastlabki modellardan biri 1930-yillarda ishlab chiqilgan suyuqlik-tomchi modeli edi. Yadrolarning bir xossasi shundaki, nuklonning oʻrtacha bogʻlanish energiyasi barcha barqaror yadrolar uchun taxminan bir xil boʻlib, suyuqlik tomchisiga oʻxshaydi. Suyuq-tomchi modeli yadroga siqilmaydigan yadro suyuqligining tomchisi sifatida qaragan, nuklonlar suyuqlikdagi molekulalar kabi harakat qilgan. Model birinchi boʻlib Jorj Gamov tomonidan taklif qilingan va keyin Niels Bor, Verner Heisenberg va Karl Fridrix Fon Weizsäcker tomonidan ishlab chiqilgan. Ushbu qoʻpol model yadroning barcha xususiyatlarini tushuntirib bermadi, lekin u koʻpchilik yadrolarning sferik shaklini tushuntirdi. Model, shuningdek, yadrolarning bogʻlanish energiyasi uchun yaxshi bashoratlarni berdi.

Adabiyotlar

1. Reid, R. V. (1968). „Local phenomenological nucleon-nucleon potentials“. Annals of Physics.
2. Kenneth S. Krane (1988). Introductory Nuclear Physics. Wiley & Sons.
3. Povh, B.; Rith, K.; Scholz, C.; Zetsche, F. (2002). Particles and Nuclei: An Introduction to the Physical Concepts. Berlin: Springer-Verlag.
4. Heisenberg, W. (1932). „Über den Bau der Atomkerne. I“. Z. Phys. (in German)
5. Iwanenko, D. D., The neutron hypothesis, Nature 129 (1932)
6. Miller A. I. Early Quantum Electrodynamics: A Sourcebook, Cambridge University Press, Cambridge, 1995,