中子和质子的相互作用

伊万年科

编者按

俄国物理学家德米特里·伊万年科在这篇文章中指出费米新近关于β辐射的理论尽管在某些方面获得了成功，但它也给出了一些错误的预测。对于在轻原子核中观察到的衰变现象，虽然该理论给出的衰变速率和放出的粒子的最大能量之间的关系是大致正确的，但是，如果使用该理论时考虑束缚核的相互作用，从而认为其是类似于电磁相互作用的作用——媒介粒子的交换，人们会发现这种作用力只有在核子之间的距离大约为10–17米时才足够强，而这个距离太短了。因此，伊万年科得出结论认为费米的理论只是一个非常粗略的近似理论。　　英文

由于电子和正电子都会在一些核反应中被原子核排斥出来，所以我们可以试着像处理原子所放射的光子一样处理这些轻粒子。于是，我们可以认为重粒子（质子、中子）之间的相互作用是通过ψ场方程所描述的轻粒子来实现的。这种相互作用与以电磁场或光子为介质的电磁相互作用（如库仑相互作用）具有相同的形式。　　英文

一阶效应是电子的释放（或吸收），费米最近研究过这个问题，当然正电子的情况类似。我们注意到，将费米理论应用到产生正电子的轻核衰变时（我们是通过改变电荷数的符号并且赋予后者适当的数值来实现这一过程的），得到的理论结果与实验观察到的衰变粒子的半衰期和其最大能量之间的关系[1]相符合，但不是精确吻合。虽然正电子的衰变和费米理论（应用于正电子）计算的结果似乎在数值上吻合得不是很好，但是从另一方面来看，K和Rb的计算结果却支持费米关于存在重粒子四极裂变的假设，由其计算给出的四极裂变的半衰期要远大于通常的偶极裂变的半衰期。K和Rb的特殊地位从某种程度上说可谓非常直观。我们注意到对照盖革–努塔耳定律，萨金特–费米规则反而很少依赖于电荷数，因此在做定性分析时，甚至可以用自由粒子的波函数。　　英文

二阶效应特别给出了产生粒子对的可能性。由于电荷e要远远大于费米系数g（对应ψ场的“电荷”），所以相对于在电磁场中，在ψ场中产生粒子对的可能性要小。最重要的二阶效应是：在质子和中子场中，电子和正电子的产生和湮灭，导致了中子和质子之间相互作用的交换能（海森堡交换）的出现。这正如库仑相互作用可以看作是由两个电子之间光子的产生和吸收所导致的。不同于库仑作用中的比值e2/r，重粒子的交换能与g2/chr5成正比，这个值可以很容易地从数量级上进行验证。塔姆教授首先进行了准确计算，他仍在坚持发展这一方法。根据重放射性物质的经验数值的要求，取g ~ 10–50（由麻马斯克索夫计算得出），我们得到相互作用能为一兆电子伏，而这是在距离r ~ 10–15 cm而不是距离r ~ 10–13 cm时得到的，但是这个距离是不合理的。我们可能会对距离r值产生疑问，距离r应该给出一个对于重粒子来说数量级合理的自作用能量。这个值在10–16 cm量级，即质子的经典半径的量级。　　英文

出现这么小的间距实在是让人吃惊，只有引入某种新的假设才能解决这个问题。费米特征系数g也与这个间距的数量级大小有关。　　英文

（王静　翻译；王乃彦　审稿）