重子-重子相互作用
正文
屬於強相互作用,它一直是核物理和粒子物理研究中的一個重要課題。對它的研究主要採取兩種途徑:①唯象理論的研究,它依靠分析與相互作用有關的實驗數據並結合一些一般性原理,把相互作用以勢能的形式表示出來,參量由符合實驗來定(見核力)。②基本理論的研究,試圖從一種理論原則出發,推導出重子間的相互作用。目前強相互作用理論還有不少困難,尚難直接推出重子間的相互作用。核力的一般性質及唯象理論見核力。這裡側重介紹核力的微觀機制。1934年,湯川秀樹提出的介子交換理論邁出了第一步,從那時起,核力的介子交換理論已有很多發展。單玻色子交換勢取得了一些有意義的結果,其中單π交換給出了核力的長程性質。套用π-核子散射的實驗數據,處理2π交換的效應,可得到核力的中程性質,人們稱由此得到的核力為巴黎力。
巴黎力的中、長程部分是由μ、ω、A1、2μ介子交換推導出來的,計算中採用了色散關係,並用實驗的耦合常數、μN相移和μμ低分波輸入來計算的。這個計算避免了使用微擾論,沒有用自由參量,導出了中、長程部分的核力,但是仍然不能導出核力的短程行為。巴黎力的短程部分用一個參量化的軟排斥芯唯象勢來描述,共12個參量。巴黎力是低能區最好的一個半唯象核力,它相當好地符合了低能區(入射核子能量小於 350兆電子伏)兩核子系統的3000多個實驗數據, 並且它的中、長程部分與唯象核力相應部分完全吻合,這說明對核力的中、長程部分在理論上已有了一個定量的了解。對於能量更高的區域,由於π產生不可忽略,相互作用要複雜得多,目前尚無一個比較滿意的描述。
對N-嚻系統,由於湮沒現象的產生,相互作用將更複雜。它的中、長程部分與N-N情況相似,仍可由μ、2μ、ω、A1介子交換給出,而對其他部分了解較少。現在N-嚻系統已有不少截面和極化方面的實驗,一個簡便的方法就是用光學勢來描述N-嚻相互作用。光學勢實部的中、長部分選為由 μ、2μ、ω、A1交換導出的介子交換勢,即N-N巴黎力中的μ、2μ、ω、A1交換的貢獻分別乘交換介子的G 宇稱所組成的勢,實部的短程部分是唯象的,光學勢的虛部選為短程唯象勢。這樣的勢較好地描述了部分N-嚻系統的實驗。關於Λ-N 相互作用,從Λ 和核子的散射及Λ超核中超子的結合能和超核能譜分析中已得到了Λ-N 相互作用的一些性質。它的強度比N-N相互作用弱,與N-N相互作用特點相反,Λ-N 的自鏇單態具有比自鏇三態較強的吸引力,Λ-N 相互作用具有明顯的電荷不對稱性等特點。人們根據這些實驗上的知識來構造唯象的相互作用。同時用介子交換理論推導Λ-N 相互作用也取得了一些結果。至於N-Δ及Δ-Δ 相互作用,雖然已有了很多研究,但目前尚無定論的結果。
在上述的介子交換理論中都是把強子看作內部沒有結構的點粒子來處理的,但是60年代中以來,人們根據強作用的大量實驗事實推斷強子是由帶色的夸克組成的,夸克之間通過交換膠子而結合在一起(見強子結構)。夸克-膠子間的相互作用形式上與量子電動力學很相似,稱為量子色動力學。由於膠子是帶色的,這種相互作用在短距離下具有漸近自由性質,在大距離下具有禁閉性質,因而夸克、膠子被禁閉在強子內部。目前,量子色動力學已得到實驗上一定的支持,有希望成為強相互作用的基本理論。因此人們試圖從強子結構的下一個層次,即夸克和膠子的自由度來研究重子間的相互作用,特別是研究重子間的短程相互作用,把兩重子間的相互作用看作是由傳遞膠子而提供的。目前主要是從夸克和膠子自由度來研究核力,企圖得到核力的短程行為。但是還不能嚴格地從量子色動力學來推導核力,僅僅是從處理強子束縛態問題發展起來的一些比較成功的模型理論出發來研究核力。主要有二類模型,袋模型和勢模型。①袋模型是通過某種約束來實現夸克和膠子禁閉的強子結構的唯象模型。主要有MIT口袋模型和保證口袋錶面軸矢流連續的手征袋模型。當袋重疊或部分重疊時考慮膠子交換或從六個夸克口袋變形等角度來研究核力。②勢模型是用勢來描述夸克和膠子禁閉的強子結構模型。它把相互作用的核子看作兩個三夸克組成的集團,夸克之間的相互作用是由禁閉勢和單膠子交換二體勢組成。選取適當的集團波函式並用共振群或生成坐標方法計算核子間的相互作用。目前這些模型理論僅僅是初步的嘗試,但這是一個很有意義的研究領域,不僅可深化核物理現象的認識,同時也是一個檢驗夸克模型和量子色動力學的場所,有助於強子結構理論的發展。