9814372329

•62<;

sposób zamienić nagle swoje położenia i prędkości, siły wymienne działają więc efektywnie tylko pomiędzy cząstkami, które praktycznie pokrywają się w przestrzeni i poruszają się z tymi samymi prędkościami, to znaczy pomiędzy cząstkami na tycli samych orbitach. Zgodnie z zasadą wykluczania Pauliego co najwyżej dwa neutrony lub dw^Ta protony mogą znajdować się na tej samej orbicie, stąd więc wynika, że za pośrednictwem sił wymiennych nukleon może oddziaływać tylko z kilkoma innymi nukleonami.

Doświadczenia nad rozpraszaniem szybkich neutronów na protonach potwierdziły hipotezę Heisenberga, dowiodły one jednak, że siły wymienne stanowią zbyt małą część całkowitego oddziaływania, aby zapewnić nasycenie. Należy więc uwzględnić zarówno efekty sił wymiennych, jak i odpychania krótkozasięgowego, aby wytłumaczyć zjawisko nasycenia. Z bezpośrednich danych doświadczalnycłi wiemy, że siły jądrowe posiadają obie uprzednio wymienione własności.

Obraz teoretyczny

Ustaliwszy zasadnicze własności sił międzynukleonowych, musimy z kolei rozwinąć jakościowy obraz działania tych sił w materii jądrowej. W zwykłej skondensowanej materii, siły między atomowe uprzywilejowują stan o strukturze uporządkowanej, w którym każdy atom znajduje się w stanie równowagi, to znaczy stan, w którym siły działające na atom pochodzące od jego sąsiadów^r równoważą się wzajemnie. Zmiana tego rodzaju struktury, np. przez zmianę gęstości lub wywołanie ściskania, wymaga użycia siły.

Taką substancją jest ciało stałe. Większość substancji staje się ciałem stałym w dostatecznie niskich temperaturach. Jedynym wyjątkiem jest ciekły hel, który pozostaje w^r stanie ciekłym naw^ret w^r temperaturze absolutnego zera, chyba że poddany on zostanie wysokiemu ciśnieniu. Prz^ czj na tego zjawiska związana jest z zasadą nieoznaczoności w teorii kwantów. Zasada ta mówi, że położenia i prędkości cząstek nie mogą być równocześnie razem określone dokładnie. Każde doświadczenie, którego celem jest określenie położenia cząstki musi dać w wyniku odpowiednią niepewność dotyczącą wartości prędkości. Gdyby więc atomy ciała stałego zostały dokładnie zlokalizowane w^r ich położeniach równowagi, teoria kwantów wymagać będzie, aby posiadały one dużą przypadkową prędkość, a co za tym następuje wysoką energię kinetyczną.

Rzeczywisty stan ciała stałego w niskich temperaturach jest wynikiem pewnego rodzaju kompromisu pomiędzy działaniem sił, które usiłują zlokalizować położenie atomu oraz energią kinetyczną, która pojawia się na skutek działania zasady nieoznaczoności i przeciwstawia się takiej lokalizacji. Atomy zachowają wńęc nawet w temperaturze zera bezwzględnego ruch zerowy, który jest tym silniejszy im lżejsze są atomy oraz im słabsze są siły wiążące.

Atomy helu są bardzo lekkie i siły działające pomiędzy nimi są słabe, na co wskazuje niska temperatura skraplania. Ruch zerowy jest dostatecznie