| 8406202 9216 1210 912 1оявляются лишь на расстояниях порядка 10-13см между взаимодействующими адронами, т. е. их радиус действия примерно в 100 000 раз меньше размеров атомов.
На таких расстояниях С. в. в 100-1000 раз превышают электромагнитные силы, действующие между заряж. частицами. С увеличением расстояния С. в. быстро (приблизительно экспоненциально) убывают, так что на расстоянии неск. радиусов действия они становятся сравнимыми с электромагнитными взаимодействиями, а на ещё больших расстояниях практически исчезают. С короткодействующим характером С. в. связан тот факт, что С. в., несмотря на их огромную роль в природе, были экспериментально обнаружены только в 20 в., в то время как более слабые дальнодействующие электромагнитные и гравитац. силы были обнаружены и изучены гораздо раньше (вследствие дальнодействующего характера электромагнитных и гравитац. сил происходит сложение сил, действующих со стороны большого числа частиц, и таким образом возникает взаимодействие между макроскопич. телами).
Для объяснения малого радиуса действия ядерных сил японский физик X. Юкава в 1935 высказал гипотезу, согласно к-рой С. в. между нуклонами (N) происходит благодаря тому, что они обмениваются друг с другом нек-рой частицей, обладающей массой, аналогично тому, как электромагнитное взаимодействие между заряж. частицами, согласно квантовой электродинамике (см. Квантовая теория поля), осуществляется посредством обмена "частицами света" - фотонами. При этом предполагалось, что существует спе-цифич. взаимодействие, приводящее к испусканию и поглощению промежуточной частицы - переносчика ядерных сил. Др. словами, вводился новый тип взаимодействий, к-рый позже назвали С. в. (Следует отметить, что впервые гипотеза об обменном характере ядерных сил для объяснения их малого радиуса действия выдвигалась независимо И. Е. Таммом и Д. Д. Иваненко.)
Исходя из известного эксперимент. радиуса действия ядерных сил, Юкава оценил массу частицы - переносчика С. в. Такая оценка основана на простых квантовомеханич. соображениях. Согласно квантовой механике, время наблюдения системы At и неопределённость в её энергии АЕ связаны неопределённостей соотношением: АЕАt~h, где h - Планка постоянная. Поэтому, если свободный нуклон испускает частицу с массой т (т. е. энергия системы меняется согласно формуле относительности теории на величину АЕ = mс2, где с - скорость света), то это может происходить лишь на время At~h/mс2. За это время частица, движущаяся со скоростью, приближающейся к предельно возможной скорости света с, может пройти расстояние порядка h/mc. Следовательно, чтобы взаимодействие между двумя частицами осуществлялось путём обмена частицей массы т, расстояние между этими частицами должно быть порядка (или меньше) h/mc, т. е. радиус действия сил, переносимых частицей с массой т, должен составлять величину h/mc. При радиусе действия ~ 10-13см масса переносчика ядерных сил должна быть около 300 mе (где mе -масса электрона), или приблизительно в 6 раз меньше массы нуклона. Такая частица была обнаружена в 1947 и названа пи-мезоном (пионом, п). В дальнейшем выяснилось, что картина взаимодействия значительно сложнее. Оказалось, что, помимо заряженных п+- в нейтрального п°-мезонов с массами соответственно 273 те и 264 те, взаимодействие передаётся большим числом др. мезонов с большими массами: р, w, y, К, ... и т. д. Кроме того, определ. вклад в С. в. (напр., между мезонами и нуклонами) даёт обмен самими нуклонами и антинуклонами и их возбуждёнными состояниями - барионными резонансами. Из соотношения неопределённостей следует, что обмен частицами, имеющими массы больше массы пиона, происходит на расстояниях, меньших 10-13см, т. е. определяет характер С. в. на малых расстояниях. Эксперимент, изучение различных реакций с адронами (таких, напр., как реакции с передачей заряда-"перезарядкой": п- + р->п° + n, К- + р ->К° + n и др.) позволяет в принципе выяснить, какой вклад в С. в. даёт обмен теми или иными частицами.
Относительная величина С. в. Для характеристики величины С. в. сравним их с электромагнитными взаимодействиями, для описания к-рых существует подробно разработанный математич. аппарат. Такое сравнение позволяет понять трудности, с к-рыми сталкивается разработка теории С. в. Взаимодействие заряж. частицы с электромагнитным полем -полем фотонов - определяется электрич. зарядом е частицы (к-рый и является константой электромагнитного взаимодействия), а вероятность испускания одного фотона при взаимодействии заряж. частиц, согласно квантовой электродинамике, пропорциональна безразмерной величине а = е2/hc~=1/137 (наз. постоянной тонкой структуры). Вероятность испускания в к.-л. процессе п фотонов пропорциональна аn, т. е. в 137 раз меньше, чем вероятность испускания (п - 1) фотонов (исключение, требующее особого рассмотрения,- испускание большого числа т. н. инфракрасных фотонов с очень малой энергией). Ввиду малости величины а можно рассматривать процессы электромагнитного взаимодействия с помощью т. н. теории возмущений, последовательно учитывая обмен между заряж. частицами всё большим числом фотонов. Математически такая теория представляется в виде бесконечного асимптотич. ряда по степеням малого параметра а и даёт прекрасное согласие с экспериментом. Если, переходя к описанию С. в., ввести, напр. для характеристики взаимодействия нуклонов с полем п(пи)-мезонов, постоянную q - т. н. константу С. в., имеющую размерность электрич. заряда, то, как показывает сравнение с экспериментом, безразмерная величина q2/hc в С. в. (аналогичная величине а в электромагнитных) оказывается больше единицы: q2/hс~=15. Это означает, что в процессах С. в. должен быть существен обмен большим числом частиц, а в случаях, когда энергия сталкивающихся адронов достаточно велика, должны превалировать множественные процессы с рождением большого числа вторичных частиц. Поэтому при рассмотрении процессов С. в. нельзя пользоваться теорией возмущений, столь эффективной для электромагнитных взаимодействий, и необходимо учитывать, что во взаимодействии реально участвует большое число частиц. Известно, что в нек-рых областях физики (напр., в физике твёрдого тела) имеются эффективные при-ближ. методы рассмотрения динамич. задач с учётом многих частиц, взаимодействие между к-рыми не мало. Успешное теоретич. рассмотрение такого рода задач возможно потому, что в них хорошо известно т. н. нулевое приближение для состояния системы, а не сильно возбуждённые состояния можно представить как совокупность элементарных возбуждений -квазичастиц, взаимодействием между к-рыми можно в нулевом приближении пренебречь (напр., тепловые колебания атомов твёрдого тела могут быть представлены как совокупность колебаний всей кристаллич. решётки, к-рым соответствуют квазичастицы - фононы). Возможно поэтому, что отсутствие последоват. теории С. в. связано с недостаточностью эксперимент. информации о вызываемых ими процессах и дальнейшие эксперимент. и теоретич. исследования помогут найти "нулевое приближение" для описания процесса С. в.
Несмотря на отсутствие последоват. теории С. в., было установлено теоретически большое число связей между различными процессами С. в. Наличие такого рода связей вытекает, во-первых, из общих принципов квантовой теории поля, а во-вторых, из существования точных и приближ. симметрии, присущих С. в. (см. ниже). Вместе с тем большое значение имеют различные полуфеноменологич. модели С. в., позволяющие качественно (а в ряде случаев - довольно точно количественно) описывать процессы С. в. и предсказывать новые явления.
С. в. и структура адронов. Из квантовомеханич. соображений, аналогичных тем, к-рые приводились для оценки радиуса действия ядерных сил, следует, что адроны должны быть окружены "облаком" непрерывно испускаемых и поглощаемых - т. н. виртуальных (см. Виртуальные частицы) - пионов и др. адронов. При этом радиус пионного "облака" по порядку величины должен составлять h/мс (где м - масса пиона), а радиусы "облаков", создаваемых более тяжёлыми адронами, обратно пропорциональны их массам. Вследствие большой величины g2/hc вероятность виртуального испускания адронов велика, т. е. "облака" должны иметь значит. плотность и существ. образом определять физ. процессы с участием адронов. Иными словами, из большой величины константы С. в. вытекает, что адроны должны иметь сложное внутр. строение и лишь условно могут наз. элементарными частицами (если даже отвлечься от возможности того, что они состоят из более фундамен., частиц - кварков; см. ниже).
С. в. и электромагнитные характеристики адронов. С. в. существенно влияют на электромагнитные характеристики адронов. Благодаря закону сохранения электрич. заряда заряд адрона, включая полный заряд окружающих его "облаков", должен оставаться неизменным независимо от того, какие виртуальные превращения в них происходят. Т. о., С. в. не влияют на электрич. заряды адронов (к-рые являются целыми кратными элементарного электрич. заряда е). Однако движение зарядов в "облаках" создаёт электрич. ток и, следовательно, должно приводить к изменению магнитных моментов адронов. Этот вывод качественно согласуется с измерением магнитных моментов нуклонов. Магнитный момент протона м(мю)р~=2,79 м(мю)я, где м |
