MARKUS KLUTE: Bine ați revenit la 8.701. Așa că continuăm discuția despre fizica nucleară. Și în această prelegere, vorbim despre forța nucleară. Acum, în ultima prelegere am văzut că nucleele sunt legate între ele și am putut calcula folosind un model empiric energia de legare a diferitelor nuclee. Acum, întrebarea rămâne, ce leagă de fapt acele nuclee împreună? Dacă vă amintiți, vreau să spun, în primele săptămâni și luni ale acestei prelegeri, ne-am uitat și am discutat despre diferite interacțiuni dintre particulele elementare. Am văzut interacțiunile electromagnetice, interacțiunile slabe și interacțiunile puternice. Nu s-a discutat despre interacțiunea nucleară sau despre forța nucleară. Acum, ce este asta? Am văzut că forța puternică acționează între quarci și hadroni. De exemplu, am discutat pe larg despre pion, pion, care este alcătuit dintr-un cuarc up și un cuarc down. Și acestea sunt ținute împreună sau legate împreună prin forța puternică. Și ne-am uitat, de asemenea, la structura unui proton și structura unui neutron. Acum, forța nucleară este interacțiunea reziduală dintre quarci localizați în diferiți hadroni. Deci interacțiunile dintre protoni cu acest cuarc up aici și cuarcul down aici într-un nucleon diferit. Puteți înțelege deja că va fi dificil să înțelegeți pe deplin forța nucleară. De ce? Pentru că sunt implicați mulți quarci și mulți protoni și neutroni implicați în acest proces. Deci, ceea ce aflăm mai târziu, putem descrie acest lucru folosind o abordare a câmpului mediu, un câmp mediu de forțe între particulele implicate. Deci, care este statutul experimental? Înțelegerea noastră asupra forței nucleare se bazează pe diferite tipuri de informații experimentale. Primul provine din experimentele de împrăștiere nucleon-nucleon (proton-proton, neutron-neutron și proton-neutron) . Și unele dintre aceste experimente au avantajul utilizării proiectilelor polarizate cu spin , de exemplu, un electron polarizat fiind folosit pentru a sonda structura unui nucleu. Energiile de legare nucleare, le-am văzut din nou, iar măsurarea cu precizie a maselor, ne oferă o perspectivă, mai ales utile pentru nucleele luminoase. Și informații despre structura nucleară, cum ar fi energii, niveluri de energie, spin, parități, momente magnetice și cvadrupolare , din nou, în special ale nucleelor ​​de lumină. Și mai sunt multe altele de numit mai detaliat. Dar conceptual, acestea sunt cele trei tipuri de informații pe care le avem. Experimentul-- acele rezultate experimentale indică faptul că forța nucleară depinde de distanța dintre nucleonii care interacționează-- aceasta este partea radială-- cât de distanță sunt acei nucleoni? Și, de asemenea, spinul și momentul unghiular al nucleonului care interacționează. Se pare că există o orbită de spin și, de asemenea, o parte tensorală când vine vorba de forța nucleară. De asemenea, este interesant de remarcat -- și vom vorbi mai mult despre asta -- nu pare să existe niciun indiciu că forța nucleară depinde de tipul de nucleon, indiferent dacă este sau nu un proton sau un neutron în interacțiune. . Deci asta înseamnă independență. Deci, privind partea radială a acesteia, forța nucleară are o rază scurtă, ceea ce înseamnă că dispare pe distanțe mai mari de aproximativ 2 femtometre. Deci practic dispare în această zonă aici. Și forța nucleară este puternic respingătoare pentru distanțe mai mici de aproximativ 0,5, în această zonă, femtometre. Puteți înțelege repulsivitatea prin faptul că nu puteți cu adevărat să împingeți sau să apăsați un nucleon existent mai mult decât raza lui reală. Nu le puteți comprima mai mult. Acest lucru este, de asemenea, oarecum evident în modelul de picătură de lichid, unde am discutat, știți , termenul de volum, iar volumul nu este... nu poate fi comprimat mai mult. Pe de altă parte, ați văzut că există distanță scurtă, de fapt, pentru că găsim această liniaritate cu numărul de masă în energiile de legare. Dreapta. Deci iată argumentele. Energiile de legare pe nucleu, care sunt aproximativ constante, indică faptul că nucleonii și nucleii interacționează numai în vecinii lor imediati. În caz contrar, ar avea un termen A pătrat sau un termen A ori A minus 1 termen acolo. Și apoi măsurarea distanțelor dintre nucleele la care încep să aibă loc reacțiile nucleare, acestea sunt de ordinul 1 până la 2 femtometre mai mari decât razele corespunzătoare. Densitățile nucleare care sunt doar puțin mai mici decât densitățile nucleonilor, indicând o împachetare foarte densă. Deci, din nou, sunt deja foarte dens ambalate. Nu îi poți împinge mult mai departe. În ceea ce privește forța de rotație a orbitei , iată o zonă în care am putea intra în mult mai multe detalii. Dar pentru această clasă introductivă, nu o facem. Nu vom. Imprăștirea nucleonilor polarizați cu spin sau a altor particule de nuclee de spin ne permite să înțelegem că forța nucleară are o componentă care depinde de spin și de momentul unghiular al interacțiunii. Iată un fapt distractiv. Deci forțele nucleare de independență de încărcare, ceea ce înseamnă că nu chiar... forța nucleară nu depinde cu adevărat de dacă există sau nu protoni și neutroni. Și poți... Aș putea să te întreb, știi, te-ai fi așteptat la asta? Te-ai fi așteptat să existe o dependență de taxă? Și răspunsul ar fi trebuit să fie nu. Pentru că tocmai am aflat că forța nucleară este o rămășiță a interacțiunii puternice, interacțiunea puternică nu știe despre sarcinile electrice. Deci răspunsul trebuie să fie da. Independența de sarcină a forței nucleare implică faptul că efectele electromagnetice sunt eliminate în această împrăștiere, ceea ce înseamnă că atunci când măsori aspecte ale forței nucleare, trebuie să fii conștient de faptul că există interacțiuni electromagnetice și trebuie să încerci să obții. ei afară. Și asta se poate face , de exemplu, comparând dispersările de protoni și protoni, protoni și neutroni, neutroni și neutroni. Dacă faceți o comparație cu atenție și scădeți efectul electromagnetic, atunci veți vedea că forța este într-adevăr independentă de sarcină. Putem folosi acest lucru. Deci există o mulțime de informații în spate sau tehnici experimentale care pot folosi faptul că forțele nucleare sunt independente de sarcină. Ceea ce poți, de exemplu, să faci este să studiezi așa-numitele nuclee de oglindă. Acestea sunt cele în care practic inversează N și Z pentru același A. Deci sunt practic oglinzi ale ei înșiși în ceea ce privește oglindirea protonilor și neutronilor. Exemple sunt heliu-3 și tritiu, de exemplu. Și acestea, atunci, vă permit să studiați în detaliu acele efecte. Deci, aceste nuclee grele de oglindă moștenesc nuclee grele de oglindă, efectul de rupere - efectul de independență a încărcăturii de rupere a forței nucleare este puternic, iar similarul nu este valabil. Bun. Un exemplu în care puteți studia este dacă, de exemplu, una dintre acele oglinzi este nuclee radioactive sau instabile. Puteți studia proprietățile nucleelor ​​instabile privind în detaliu nucleul în oglindă. Deci, aceasta este una dintre modalitățile comune și interesante de a studia nucleele radioactive, unde nu puteți pur și simplu să le luați, să le excitați și să studiați proprietățile. Pur și simplu se descompun prea repede în unele cazuri. Iată un tabel în care vedeți acest efect. Vedeți comparația dintre nuclee, aceste nuclee în oglindă aici. Sunt patru perechi. Și vedeți că energia de legare, energia de legare netă după îndepărtarea termenului Coulomb, este aproape aceeași între acele grupuri, acele grupuri oglindă de nuclee. Și acest tabel de aici sau această diagramă vă arată energiile de excitație pentru două nuclee de oglindă. Și vezi că nivelurile de energie sunt aproape la egalitate. Fără a intra în niciun detaliu, sunt la egalitate între cele două nuclee în oglindă.