Номер 6, страница 304 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Глава 12. Физика атомного ядра. Параграф 79. Обменная модель ядерного взаимодействия. Обсудить в классе - номер 6, страница 304.

Условие.

Напишите схему взаимодействия

1) двух нейтронов;

2) двух протонов.

Решение.

Решение 2.

1) двух нейтронов

Два нейтрона ($n$) взаимодействуют между собой посредством сильного ядерного взаимодействия. Поскольку нейтроны являются электрически нейтральными частицами, кулоновское (электромагнитное) взаимодействие между ними отсутствует. Сильное взаимодействие, проявляющееся на очень малых расстояниях (порядка $10^{-15}$ м), является силой притяжения и, согласно теории Юкавы, описывается обменом виртуальными частицами — мезонами.

В случае взаимодействия двух нейтронов происходит обмен преимущественно нейтральными пи-мезонами (пионами, $\pi^0$). Этот процесс представляет собой упругое рассеяние, в ходе которого исходные частицы сохраняются. Схематически это взаимодействие можно записать в виде следующей реакции:

$n + n \rightarrow n + n$

В этой схеме один нейтрон испускает виртуальный $\pi^0$-мезон, который затем поглощается вторым нейтроном, что и приводит к их взаимодействию (рассеянию).

Ответ: Схема взаимодействия двух нейтронов, обусловленного сильными ядерными силами (упругое рассеяние): $n + n \rightarrow n + n$.

2) двух протонов

Взаимодействие между двумя протонами ($p$) носит более комплексный характер, так как включает в себя два типа фундаментальных сил: электромагнитную и сильную.

Во-первых, протоны обладают одинаковым положительным электрическим зарядом, поэтому они испытывают электростатическое отталкивание (кулоновскую силу). Это дальнодействующая сила.

Во-вторых, на расстояниях, сопоставимых с размером атомного ядра (порядка $10^{-15}$ м), между протонами начинает действовать сильное ядерное взаимодействие. Оно является притяжением и по своей силе значительно превосходит кулоновское отталкивание, удерживая протоны вместе в составе ядер. Как и в случае с нейтронами, это взаимодействие опосредовано обменом пионами. Схема упругого рассеяния двух протонов за счёт сильного взаимодействия, идущего через обмен нейтральным пионом ($\pi^0$), выглядит так:

$p + p \rightarrow p + p$

Важно отметить, что для протонов возможен и другой канал взаимодействия, который происходит за счёт слабых сил. Этот процесс играет ключевую роль в термоядерном синтезе в звёздах, таких как Солнце (в рамках протон-протонного цикла). В ходе этого взаимодействия один из протонов превращается в нейтрон, в результате чего образуется ядро дейтерия ($d$, или ${}^2\text{H}$), позитрон ($e^+$) и электронное нейтрино ($\nu_e$):

$p + p \rightarrow d + e^+ + \nu_e$

Тем не менее, в контексте сравнения с n-n взаимодействием, как правило, под "схемой взаимодействия" подразумевают именно процесс, обусловленный сильными ядерными силами.

Ответ: Основная схема взаимодействия двух протонов за счёт сильных сил (упругое рассеяние): $p + p \rightarrow p + p$. Существует также важный канал слабого взаимодействия, приводящий к термоядерному синтезу: $p + p \rightarrow d + e^+ + \nu_e$.