Den nukleare kraft , som udøves mellem nukleonerne , er ansvarlig for binding af protoner og neutroner i atomkerner . Det kan fortolkes i form af udveksling af lyse mesoner , såsom pioner . Selv om dets eksistens er blevet demonstreret siden 1930'erne, har forskere undladt at etablere en lov til at beregne dens værdi ud fra kendte parametre, i strid med lovene i Coulomb og Newton .
Det kaldes undertiden en stærk restkraft for at skelne den fra den stærke interaktion , der forklares fra kvantekromodynamik . Denne formulering blev introduceret i 1970'erne på grund af et paradigmeskift . Tidligere henviste den stærke atomkraft til styrken mellem nukleoner. Efter introduktionen af kvarkmodellen henviste den stærke interaktion til de kræfter, der er defineret af kvantekromodynamik, som interagerer med kvarker på grund af deres fargeladning. Eftersom nukleonerne har ingen farve ladning , kernekraft derfor ikke direkte involverer gluoner , de medierende partikler af den stærke vekselvirkning, men snarere andre processer.
Atomkraft har været kernen i kernefysik siden fødslen af denne disciplin i 1932 med opdagelsen af neutronen af James Chadwick . Det traditionelle mål med nuklearfysik er at forstå atomkernens egenskaber i dens 'nøgne' interaktioner mellem par af nukleoner eller nukleon-nukleon ( NN ) kræfter.
I 1935 var Hideki Yukawa den første, der forsøgte at forklare kernekraftens natur. Ifølge hans teori medierer massive bosoner ( mesoner ) interaktionen mellem to nukleoner. Selv i lyset af kvantekromodynamik , er teorien om mesoner ikke længere betragtes som grundlæggende, begrebet mesonen udveksling (hvor hadroner behandles som elementarpartikler ) repræsenterer stadig den bedste kvantitativ model for potentialet. NN .
Historisk har den enkle kvalitative beskrivelse af atomkraft vist sig at være en betydelig opgave, og opførelsen af de første semi-empiriske kvantitative modeller i midten af 1950'erne greb først ind efter et kvart århundredes forskning. Der sker derfor betydelige fremskridt inden for de eksperimentelle og teoretiske områder vedrørende atomkraft. De fleste af de grundlæggende spørgsmål blev løst i 1960'erne og 1970'erne. For nylig har eksperimenterede fokuseret på de subtile aspekter af atomkraft, såsom ladeafhængighed, præcis bestemmelse af koblingskonstanten π NN , forbedring. Analyse af faseskiftet , de høje præcisionsmåledata og potentielle NN , formidling NN for mellem- og højenergi og forsøg på at beskrive atomkraften fra QCD.
To-nukleonsystemer såsom deuteron eller proton-proton eller neutron-protonspredning Er ideelle til at studere NN- kraften . Sådanne systemer kan beskrives ved at tildele et potentiale (Såsom Yukawa-potentiale ) til nukleoner og bruge potentialerne i en Schrödinger-ligning . Denne metode gør det muligt at bestemme potentialets form, skønt for langtrækkende interaktioner letter teorierne om meson-udveksling dets konstruktion. Potentielle parametre bestemmes ved at tilpasse de eksperimentelle data således, at bindingsenergien af deuteron eller tværsnit af elastisk spredning NN (eller, ækvivalent i denne sammenhæng, såkaldte faseskift NN ).
De mest almindeligt anvendte NN- potentialer er især Paris- potentialet , Argonne-potentialet AV18 og CD-Bonn- potentialet og Nijmegen-potentialet .
Det nukleare potentiale indeholder også Coulomb-potentialet, som ikke kun er frastødende mellem protoner, men er attraktivt mellem en proton af elektrisk ladning + e og en neutron, der indeholder elektriske ladninger på nul sum. Coulomb-potentialet har også en magnetisk del (i henhold til loven fra Biot og Savart ), generelt frastødende mellem nukleoner.
Vi kunne se i kernefysik et enkelt mål: at beskrive sættet med nukleare interaktioner fra de grundlæggende interaktioner mellem nukleoner. Dette kaldes den mikroskopiske eller ab initio-tilgang . To store forhindringer skal dog overvindes for dette:
Men takket være stigende fremskridt inden for anvendelige computerkræfter er mikroskopiske beregninger, der direkte producerer en lagdelt model fra to eller tre nukleonpotentialer, blevet mulige og er blevet forsøgt for kerner op til en atommasse på 12..
En ny og meget lovende tilgang er at udvikle effektive teorier til en sammenhængende beskrivelse af nukleon-nukleon kræfter og tre-nukleon kræfter. Især kan vi analysere brytning af chiral symmetri som en effektiv teori (kaldet chiral forstyrrelsesteori ), som muliggør en beregning ved forstyrrelse af interaktionerne mellem nukleoner, hvor pionerne er udvekslingspartiklerne.
En vellykket måde at beskrive nukleare interaktioner er at konstruere et potentiale for hele kernen i stedet for at undersøge de nukleoner, der udgør den. Denne tilgang kaldes makroskopisk . For eksempel kan spredning af neutroner af kerner beskrives ved at overveje en planbølge i kernens potentiale, der består af en reel del og en imaginær del. Denne model kaldes ofte "optisk model" i analogi med fænomenet lysspredning af en uigennemsigtig glaskugle.
Nukleare potentialer kan være lokale eller globale : lokale potentialer er begrænset til et begrænset område af energier og / eller masser, mens globale potentialer, som har flere parametre og normalt er mindre præcise, er en funktion af energi og massen af kernen, og kan således bruges i et bredere anvendelsesområde.