Мезоны. 
Основы атомной физики

У поля ядерных сил есть свои обменные частицы — нестабильные р — мезоны (пи-мезоны), которые кратко называют пионами.

Все пионы подразделяют на три группы, отличающиеся зарядом, массой и временем жизни.

Положительный и отрицательный пионы характеризуются массой покоя m_р± = 273,2m_e, зарядом q = ±e, временем жизни ф = 2,5?10^-8с.

У нейтрального пиона (р⁰ — мезона масса покоя = 264,2m_e, а время жизни ф = 1,9?10^-16с.

У всех трех видов пионов спин равен нулю.

Обменные взаимодействия между двумя нуклонами происходят через интервалы, равные примерно 4?10^-24с. Максимальное расстояние, которое пролетает виртуальный пион за 4?10^-24с со скоростью света R? 4?10^-24? 3?10^-10 = 1,2?10^-13см, сравнимое с радиусом действия ядерных сил.

Взаимодействие протона с нейтроном осуществляется обменом отрицательным пионом. Нейтрон, испуская отрицательный пион, превращается в протон. После поглощения протоном отрицательного пиона положительный заряд нейтрализуется и протон превращается в нейтрон. Положительный пион связывает протон с нейтроном.

С характером проявления ядерных сил непосредственно связана стабильность изотопов. В природе существует около 300 изотопов. Их ядра содержат определенные количества протонов и нейтронов.

На рис. 7 приведена нейтронно — протонная диаграмма, на которой показана графическая зависимость числа нейтронов N от числа протонов Z в ядрах.

Черные точки на диаграмме, обозначающие стабильные изотопы, занимают узкую полосу. Легкие стабильные изотопы лежат вблизи линии N = Z. С увеличением числа Z начинает сказываться ослабление ядерных сил за счет отталкивания между протонами. Чтобы компенсировать это ослабление, ядро должно содержать больше нейтронов, чем протонов. Поэтому, начиная с Z =20 отношение N / Z отклоняется от прямой линии и у последнего стабильного ядра ₈₃Bi²⁰⁹ достигает 1,52. Это верхняя граница стабильной области.

В ядрах с Z >83 (n-n) взаимодействия уже не в состоянии полностью компенсировать кулоновское расталкивание, и эти ядра являются радиоактивными.

Рис. 7. Нейтронно-протонная диаграмма для природных изотопов (N — число нейтронов; Z — число протонов)

Ядерные модели

Наиболее известные ядерные модели, используемые в ядерных технологиях к настоящему времени:

— Капельная модель ядрапредложена в 1936 году Нильсом Бором Радиоактивность.

1. Общая характеристика радиоактивности.