使核子組成原子核的作用力,屬於強相互作用的類型。核力是一種很複雜的相互作用,人們通過多年的實驗研究和理論分析,才對它的特性有瞭比較細緻的瞭解,但仍不完全。

  核力的性質 短程力 核力在4~5fm以上的距離即已消失,當兩核子距離為2~5fm時,它是較弱的吸引力,通常稱為長程弱吸引力。核力的中程部分(1~2fm)是較強的吸引力,它比質子子間的庫侖力強得多,足以克服庫侖排斥作用。當兩核子間距離小於0.4~0.5fm時,核力為強排斥力,稱為排斥芯。

  飽和性 各種較重(例如A>40)的原子核中,每個核子所占的體積大致相同,每個核子的平均結合能也大致相同(見原子核)。這一實驗事實表明原子核中每一核子通常僅僅和鄰近的少數核子發生較強的吸引作用,說明核力和某些分子之間的作用力一樣,具有飽和性。

  交換性 當兩核子相互作用時,它們可以交換自旋或電荷。兩核子的相互作用和它們的自旋的相對取向有關,自旋平行和自旋反平行時的相互作用不同。這一點在實驗上已得到充分的驗證。例如,僅當質子和中子自旋平行時才能結合成氘核,自旋反平行時則不能結合。當能量超過100MeV以上的中子轟擊含氫的靶時,人們觀測到不少質子沿原來中子飛行的方向飛出。這現象隻能用中子同質子相互作用時發生電荷交換來解釋。由於這種交換作用,核力可以分為四個組成部分:維格納力──不交換的作用;馬約喇納力──交換自旋也交換電荷的作用;巴特勒特力──隻交換自旋的作用和海森伯力──隻交換電荷的作用。

  非中心力 實驗上發現氘核具有正的電四極矩,反映瞭氘核內核子分佈是橢球形的。因此,描述氘核的波函數不應是純粹的s波(它是球對稱的),而應混有一定的d波。這就表明瞭核力中除瞭中心力之外,還存在一定的可以導致d波的混入的非中心力,這個力也常稱為張量力。從研究核子-核子散射,特別是極化現象知道,核力還應具有自旋-軌道耦合項,即正比於l·s的項。這裡l為兩核子的相對運動角動量,s是核子的自旋。此外,核力也還可能和相對運動動量及角動量有其他更復雜的關系。

  電荷無關性 對於給定的相對運動狀態,質子-質子、中子-質子和中子-中子間的由於核力的相互作用都是相同的。也就是說,核力與核子所帶的電荷無關。很多實驗事實表明,核力的這一性質,至少是近似成立的。但是無論在理論上或實驗上,論證都還不夠嚴格,即難以嚴格證明所有對這種電荷無關性質的偏離都是由電磁相互作用引起的。

  核力的研究方法 主要是唯象理論、量子場論兩種。

  唯象理論 一般假設核力可以用某種位勢的形式表達出來。通過分析各種實驗現象並參照強相互作用通常應滿足的守恒定律,可以寫出在一定的限制下位勢的普遍表達式。這種表達式中往往包含不少參量,可以通過實驗加以確定。隨著新的實驗數據不斷增加,位勢的表達式也入往往會被修改和補充。應該指出,用位勢來表達核力僅僅是一種近似,人們很難期望會得到惟一的位勢表達形式。核力也還可能具有各種形式的多體力。這些問題都難以從唯象理論得到解決。已經提出瞭一些可以近似地符合實驗的相互作用位勢,具體表達式和參數可參看參考書。

  量子場論方法 見重子-重子相互作用。

  目前普遍認為核子是由誇克(見強子結構)所組成的,對於核力也正從誇克間相互作用的觀點進行研究。

  

參考書目

 T.T.S.Kuo and S.S.M.Wang,ed.,Topics in Nuclearphysics,Vol.1,Springer-Verlag,Berlin,Heidelberg,1981.