Potențialul Yukawa

Potențialul Yukawa , numit după fizicianul japonez Hideki Yukawa , este un potențial pe termen scurt, introdus inițial pentru a descrie interacțiunea nucleară puternică . De fapt, spre deosebire de interacțiunea electromagnetică care acționează la distanță mare, interacțiunea nucleară acționează numai atunci când particulele sunt plasate la o distanță suficient de apropiată.

Forma matematică

Matematic se poate scrie potențialul Yukawa

V(r)=-{\frac {g^{2}}{r}}\,\mathrm {e} ^{-r/r_{0}}

{\ displaystyle V (r) = - {\ frac {g ^ {2}} {r}} \, \ mathrm {e} ^ {- r / r_ {0}}}

{\ displaystyle V (r) = - {\ frac {g ^ {2}} {r}} \, \ mathrm {e} ^ {- r / r_ {0}}}

unde este $g$ ${\ displaystyle g}$ $g$ este constanta de cuplare a interacțiunii e $r_{0}$ ${\ displaystyle r_ {0}}$ $r_ {0}$ este amploarea interacțiunii. Comparativ cu potențialul Coulomb , potențialul Yukawa prezintă în plus un factor de amortizare exponențial, responsabil pentru intervalul scurt al interacțiunii, al cărui interval foarte mic de acțiune este un ordin de mărime egal cu parametrul $r_{0}$ ${\ displaystyle r_ {0}}$ $r_ {0}$ prezent în expresia matematică a potențialului.

Yukawa Meson

Presupunând că forța dintre doi nucleoni se datorează emiterii unui mediator cuantic al interacțiunii de către un nucleon și absorbției sale de către celălalt, este posibil să se derive masa cuanticului în cauză. Timpul luat de această cuantă pentru a ajunge la celălalt nucleon este cu siguranță mai mare decât cel care ar lua lumină , adică r / c, dacă r este distanța dintre cei doi nucleoni. Mai mult, în timp ce acest „mediator” cuantic acționează, conservarea energiei este încălcată din cauza excesului de masă (m) datorită tocmai prezenței cuantice. Dacă timpul de mediere este finit, știm, din principiul incertitudinii, că nu este posibil să se măsoare energia cu o precizie mai bună decât ∆E∆t ≈ h / 2π.

Prin plasarea:

\Delta E=mc^{2}\ {\text{ e }}\ \Delta t=r_{0}/c

{\ displaystyle \ Delta E = mc ^ {2} \ {\ text {e}} \ \ Delta t = r_ {0} / c}

{\ displaystyle \ Delta E = mc ^ {2} \ {\ text {e}} \ \ Delta t = r_ {0} / c}

putem scrie:

r_{0}={\frac {h}{2\pi mc}}

{\ displaystyle r_ {0} = {\ frac {h} {2 \ pi mc}}}

r_ {0} = {\ frac {h} {2 \ pi mc}}

Știind $r_{0}$ ${\ displaystyle r_ {0}}$ $r_ {0}$ , extinderea interacțiunii nucleare, este posibil să se obțină masa m a cuanticului, care este de aproximativ 290 de ori mai mare decât cea a electronului. Fiind la jumătatea distanței dintre masele electronului și masa unui nucleon, mediatorul cuantic al interacțiunii nucleare a fost numit mezon . Mai mult, mezonul ar trebui să existe cu sarcină electrică sau chiar neutră, deoarece mediază toate interacțiunile posibile: neutron-neutron, proton-proton, neutron-proton.

Opera lui Yukawa a fost publicată în 1935 , în revista japoneză „ Proc. Phys. Matematica. Soc.“, Dar nu a trezi mare interes până când o particulă de masă similară cu cea a prezis a fost descoperit în razele cosmice , The muon , numit inițial mesotron ( 1937 , Neddermeyer și Anderson experiment). Noua particulă a fost identificată inițial - chiar de Yukawa însuși - ca mezonul mediator al interacțiunii nucleare puternice, dar un experiment ulterior ( 1946 , experiment de Conversi , Pancini și Piccioni ) a arătat că este un obiect cu o probabilitate diferită de absorbție. decât așteptat. În 1947 , descoperirea mezonului π sau pion de către echipa Universității din Bristol condusă de Cecil Frank Powell (la care au participat și fizicianul italian Giuseppe Occhialini și brazilianul Cesare Lattes ) a clarificat definitiv natura mezonului Yukawa care era identificat tocmai cu pionul. ^[1]

Notă

^ F. Sebastian, D. Rebuzzi. Preistoria muonului , Muzeul Departamentului de Fizică - Universitatea Sapienza din Roma , 2005.

Bibliografie

Hideki Yukawa , Despre interacțiunea particulelor elementare , I, Proc. Phys. Matematica. Soc. Japonia, 17, p. 48 (1935).

Portal cuantic : Accesați intrările Wikipedia care se ocupă de cuantică

[1] F. Sebastian, D. Rebuzzi. Preistoria muonului , Muzeul Departamentului de Fizică - Universitatea Sapienza din Roma , 2005.

[1]