介子和核力理论

默勒，罗森菲尔德

编者按

介子因其质量介于电子和质子之间而得名。1935年，汤川秀树及其合作者在一本日本杂志中指出，介子可以用来解释核子（质子和中子）间的强力，这与光子可以用来解释所有带电粒子之间的电力类似。哥本哈根的尼尔斯·玻尔的两位高徒——罗森菲尔德和默勒在这篇文章中阐述了怎样用能与轻元素衰变放射出β粒子的实验吻合得更好的特定数学表达式（或称波函数）来满足物理学研究的需要。这个预言后来被证明是正确的。　　英文

正如汤川秀树最先指出的，如果假设核子在虚拟的发射和吸收过程中包括具有整数自旋的媒介粒子，即所谓的“介子”[1]，其质量取决于作用力的范围，那么原则上就可对核子之间的短程作用力作出解释。凯默[2]的研究表明：可以把最简单的介子波动方程——既满足相对论所要求的不变性，又能给出一个正定的能量表达式——归纳为四种类型，以波函数协变性的不同进行区分，并且每一种类型都允许中性、带正电或带负电的介子存在。从这些包含介子场与重核子之间相互作用的波动方程出发，人们只能通过采用通常的量子力学微扰理论（仅考虑一阶不为零的近似值）来估算核力的最终表达式，尽管这种方法具有众所周知的非收敛性。因此对该结果的可靠性进行进一步的讨论就显得十分必要，为此有人提出也许可以参照量子电动力学对类似情况的处理方法，即用一个适当的正则变换使我们可从由若干电子和一个电磁场组成的系统的总能量表达式中将只与电子坐标有关的项与库仑势能项分开。　　英文

其实，同样的方法[3]也适用于核子和介子场组成的体系。对于这样的一个体系，实际上有可能找到一些正则变换使核子之间的“静态”相互作用被分离出来，其中静态相互作用指的是相互作用中忽略了表征重粒子位置、自旋以及质子或中子状态的一些变量随时间变化的部分。这种静态相互作用在任何情况下都与微扰理论中的一级近似完全一致，而且，对于两个相距足以使静态相互作用远大于非静态相互作用项的重粒子，它们之间的距离存在一个下限，然而不幸的是，这个下限与核力力程相比虽小但没有小很多。所谓非静态相互作用项，指的是在变换后的哈密顿量中那些用来描述重粒子与介子场之间剩余作用的项。　　英文

尽管这种方法并没有解决自能的困难，但是我们在仅考虑最后提到的剩余相互作用项作为微扰并应用与电动力学中类似的处理方法时，可以从变换的哈密顿量中得到自洽的结果。特别值得注意的是，如果按照汤川秀树的理论，我们也在介子场、电子和中微子之间引入一种相互作用，则变换后的哈密顿量就含有描述重粒子和电子及中微子之间直接作用的一项，当我们把它视为小微扰的时候，就可以立即给出发生β衰变的概率。对于上述理论来说，一开始就考虑了核力中的静态作用部分，这或许可以被认为是一个令人满意的构想，但这与以前的处理方法相反，之前核力是与β衰变概率在微扰法中的同一步中出现。　　英文

迄今为止，人们普遍认为，这些静态相互作用的形式来自四矢量介子场的这种类型的势存在一个缺陷，就是包含一个偶极相互作用能项，当核子之间的距离趋于无穷小时，它如此奇异以至于在一般情况下不能允许这种粒子的系统存在定态。为了弥补这个缺陷，看来除了四矢量波函数以外，还有必要[2]把一个赝标量波函数引入介子场，这个波函数的作用是引出一个静态相互作用，其作用刚好能够抵消偶极相互作用项而又不影响其他项。从β衰变理论的角度来看，考虑这种赝标量介子场似乎也是有意义的。举例来说，由四矢量理论得到[4]的β光谱与早先费米理论中的β光谱形式完全相同，把赝标量波函数叠加到四矢量波函数上后，β射线的能量分布将被修正，这为与实验结果更好地吻合提供了新的可能。　　英文

我们的详细工作报告很快将发表在《哥本哈根学会学报》上。　　英文

（胡雪兰　翻译；厉光烈　审稿）