Элементарные частицы в ядре удерживаются особыми силами, называемыми ядерными. Кратко рассмотрим особенности этих сил.
Ядро самого легкого и распространенного элемента в Вселенной – водорода – состоит лишь из одного протона. Но, большинство ядер содержит большее количество протонов, оно равно атомному номеру элемента в таблице Менделеева. Самый тяжелый из стабильных элементов, не подверженных радиоактивному распаду – свинец-208, содержащий 82 протона и 126 нейтронов.
Все протоны заряжены одинаково, и такое большое число протонов, находящихся рядом, должно подвергаться действию больших сил отталкивания. Ядра должны очень быстро распадаться. Однако, в реальности этого не наблюдается. Следовательно, существуют силы, удерживающие протоны внутри ядра. Что это за силы ?
Ядерные силы
Силы электромагнитной природы выталкивают протоны из ядра, и не могут удерживать протоны вместе. Протоны обладают массой, а значит, должны испытывать гравитационное притяжение. Однако, подсчет показывает, что электрическое отталкивание между протонами в .25times10^{36}$ раз превышает силы гравитации.
Нуклоны в ядре удерживаются силами особой природы, отличной как от электрической, так и от гравитационной. Взаимодействие, порождающее эти силы, называется «ядерным» или Сильным. Оно примерно в сто раз более сильное, чем электрическое, и его действия с запасом хватает, чтобы удерживать протоны рядом.
Важнейшая характеристика ядерных сил – малый радиус их действия, около $10^{-14} – 10^{-15}м$. На больших расстояниях интенсивность ядерного взаимодействия резко убывает. Именно эта особенность и определяет размеры атомных ядер.
Электромагнитное взаимодействие имеет бесконечный радиус действия потому, что его переносчики (фотоны) сами в нем не участвуют, имеют нулевую массу покоя и могут свободно переноситься от одной заряженной частицы к другой. Переносчики же Сильного взаимодействия (глюоны и составленные из них пионы) имеют массу и сами участвуют во взаимодействии, притягиваясь к испустившему их нуклону. В результате они не могут удалиться от нуклона на большие расстояния.
Что мы узнали?
Нуклоны внутри ядер удерживаются ядерными силами, которые в 100 раз сильнее кулоновских. Это взаимодействие особой природы, самое сильное из известных, поэтому оно называется Сильным. Его особенность – малый радиус действия, не превышающий размера атомного ядра.
