Задание 3, страница 161 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Задание 3

2. Изобразите модель ядра в соответствии с теорией обменных сил Х. Юкава между нуклонами.

2. Изобразите модель ядра в соответствии с теорией обменных сил Х. Юкава между нуклонами.

Теория японского физика Хидэки Юкавы, предложенная в 1935 году, описывает сильное взаимодействие, которое удерживает нуклоны (протоны и нейтроны) вместе в атомном ядре. Согласно этой теории, сила между нуклонами возникает в результате обмена виртуальными частицами — мезонами (впоследствии названными пи-мезонами или пионами). Этот процесс аналогичен тому, как два человека, перебрасываясь мячом, взаимодействуют друг с другом на расстоянии.

Модель ядра, основанную на этой теории, можно изобразить (описать) следующим образом:

Ядро представляет собой плотный "комок" из протонов ($\text{p}$) и нейтронов ($\text{n}$), которые непрерывно обмениваются пионами трех типов: положительными ($\pi^+$), отрицательными ($\pi^-$) и нейтральными ($\pi^0$). Характер обмена зависит от того, какие нуклоны взаимодействуют.

1. Взаимодействие между протоном и нейтроном:
Это взаимодействие осуществляется за счет обмена заряженными пионами ($\pi^+$ и $\pi^-$). В процессе такого обмена протон и нейтрон могут превращаться друг в друга.
Схематическое изображение:

• Протон испускает положительный пион и превращается в нейтрон. Соседний нейтрон поглощает этот пион и становится протоном.
  $p \rightarrow n + \pi^+$
  $n + \pi^+ \rightarrow p$
• Нейтрон испускает отрицательный пион и превращается в протон. Соседний протон поглощает этот пион и становится нейтроном.
  $n \rightarrow p + \pi^-$
  $p + \pi^- \rightarrow n$

2. Взаимодействие между двумя протонами или двумя нейтронами:
Поскольку одноименные нуклоны не могут обмениваться заряженными частицами, не нарушая закон сохранения заряда, их взаимодействие происходит путем обмена нейтральными пионами ($\pi^0$).
Схематическое изображение:

• Один протон испускает нейтральный пион, а другой его поглощает. Оба нуклона при этом остаются протонами.
  $p \rightarrow p + \pi^0$
  $p + \pi^0 \rightarrow p$
• Аналогичный процесс происходит и для двух нейтронов.
  $n \rightarrow n + \pi^0$
  $n + \pi^0 \rightarrow n$

Таким образом, модель ядра по Юкаве — это динамическая система, в которой нуклоны связаны силами, порожденными постоянным обменом виртуальными пионами.

Ответ: Модель ядра в соответствии с теорией Юкавы представляет собой совокупность протонов и нейтронов, связанных сильным взаимодействием. Это взаимодействие имеет обменный характер и осуществляется посредством виртуальных частиц — пи-мезонов (пионов). Между протоном и нейтроном происходит обмен заряженными пионами ($\pi^+$ и $\pi^-$), что приводит к их взаимным превращениям ($p \leftrightarrow n + \pi^+$, $n \leftrightarrow p + \pi^-$). Между одноименными нуклонами (протон-протон или нейтрон-нейтрон) происходит обмен нейтральными пионами ($\pi^0$), при котором нуклоны не меняют свой тип ($p \leftrightarrow p + \pi^0$, $n \leftrightarrow n + \pi^0$).