Файл: Бете, Г. Теория ядерной материи.pdf

§ 16. Рассеяние нуклонов при больших энергиях 157

общий характер поведения дифференциального сечения, полученного на основании формулы (16.4).

При больших q энергия отдачи, конечно, велика. Из формулы (16.4) следует, что нейтроны, рассеянные при

энергии, появляющиеся после рассеяния, будут предста­ влять собой слабо рассеянные нейтроны, так что qR<£l. Но уже результаты первых измерений, сообщение о кото­ рых вошло в первое издание в виде примечания при кор­ ректуре (сделанного в середине 1947 г.), противоречили этому ожиданию. Большинство выходящих частиц были быстрыми протонами, которые двигались почти с той же энергией и направлением, что и падающие нейтроны. Это можно объяснить, если нейтрон с протоном меняются ролями; нейтрону остается энергия порядка 10 Мэв, а час­ тицей, продолжающей движение вперед после слабого рассеяния, оказывается протон. Это объяснение является точным следствием обменных сил типа, даваемого форму­

а результаты, к которым приводит борновское приближе­ ние, полностью обращаются относительно направления рассеяния, как это изображено на фиг. 14. Существование значительных обменных сил подтверждается наличием большого числа следов быстрых протонов в камере Виль­ сона при наблюдении рассеяния нейтронов в водороде; нельзя ожидать более прямого доказательства простран­ ственного обмена.

Силы типа Сервера. Анализ угловой зависимости рас­ сеяния нейтронов протонами в области 100 Мэв дает воз­ можность ввести предположение о специальной смеси сил, состоящих в равных частях из обыкновенных сил и сил типа Майорана. Эти силы, которые называют силами типа Сербера, можно представить с помощью следующего выра­ жения:

158 Часть II. Количественная теория ядерных сил

Согласно формуле (15.6) и табл. 10, силы типа Сервера являются силами притяжения [если V(r) соответствует притяжению] для состояний с четным значением / неза­ висимо от спина и исчезают во всех состояниях с нечет­ ным /. Такое предположение об отсутствии сил в состояниях

Обычное

рассеяние

Р

Обменное

рассеяние

Ф и г . 14. Соотношение между импульсами при рассеянии нейтрона протоном в системе центра инерции.

с нечетным /, конечно, сильно упрощает все вычисления. Угловое распределение рассеяния, вызванного силами ти­ па Сербера, определяется выражением

а так как Р, при четном / является четной функцией от cos6, то поперечное сечение будет симметричным по отно­ шению к замене направления вперед направлением_назад в системе центра инерции, т. е.

Ж dQ—* ( l b - 8 )

Эта симметрия наблюдается приближенно вплоть до энер­ гий около 200 Мэв, хотя эксперименты еще несколько про­ тиворечивы. -

Опыты при энергиях выше 250 Мэв не показывают такой симметрии по отношению к замене направления, подтверждающей предположение о том, что силы являются

в основном силами типа Сербера. При этих энергиях попе­ речное сечение на единицу телесного угла для рассеяния нейтронов на угол, близкий в системе центра инерции к 180°, почти в 2 раза больше сечения рассеяния вперед. Рассеиваемые вперед протоны являются результатом дей­ ствия обменных сил, которые при.этих энергиях прибли­ зительно вдвое эффективнее обычных сил (фиг. 15).

'В г

рассеяния нейтронов протонами в системе центра

Анализ рассеяния протонов протонами (см. ниже) пока­ зывает наличие существенного вклада в величину сечения от состояний с нечетными моментами количества движения. Если считать силы зарядово-независящими, то эти же состояния должны давать вклад и в величину сечения рас­ сеяния нейтронов протонами, что является прямым воз­ ражением против обменных сил типа Сербера.

-ожидали теоретики, исходя из требований насыщения' ядерных сил. Но количественные расчеты энергий связи ядер, хотя и ограниченные, ввиду неточности применяе­ мых волновых функций, приводят к следующему выводу:

160 Чаешь II. Количественная теория ядерных сил

предположение о насыщении требует, чтобы отношение обыкновенных сил к обменным силам составляло V4 — это значение меньше, чем следует из данных по рассеянию.

30 Мэв полное поперечное сечение падает быстрее, чем по закону \1Е. Некоторый эффект подобного характера можно ожидать в предположении сил типа Сербера, так как эти силы исключают более или менее полно роль в рассеянии состояний с нечетными / и поэтому уменьшают поперечное сечение при больших энергиях, не меняя его при малых энергиях. Но этого недостаточно для получения хорошего совпадения с экспериментальными данными. Тензорные силы, согласно вычислениям, не меняют существенно поло­ жения дел. По-видимому, нужно учесть предположение об отталкивающей сердцевине ядра, которое было введено для объяснения рассеяния протонов протонами при боль­ ших энергиях (см. ниже). Если взаимодействие приводит к отталкиванию на малых расстояниях и притяжению на больших расстояниях, то по крайней мере для средних значений передаваемого импульса q амплитуда рассеяния [см. формулу (16.4)] убывает. Поскольку средние значе­ ния q дают наибольший вклад в поперечное сечение, то такое предположение может объяснить наблюдаемый эффект.

С другой стороны, сильное отталкивание увеличивает значение формулы (16.4) при больших q. Действительно, дифференциальное поперечное сечение при 90°, которое соответствует наибольшей передаче импульса (по наблю­ дениям), еще весьма велико далее при энергиях нейтронов порядка 280 Мэв, превышающих те энергии, при которых такое сечение можно легко объяснить при помощи потен­ циала, соответствующего повсюду притяжению и не очень сингулярного в центре. Эти результаты можно согласовать с результатами по рассеянию протонов протонами, пред­ полагая зарядовую независимость (см. ниже).

С наибольшим основанием из данных по рассеянию ней­ тронов протонами можно сделать два заключения: 1) суще­ ствуют большие обменные силы; 2) описание при помощи простого потенциала является весьма хорошим при малых энергиях, но недостаточным при больших.