核物理
核力(nuclear force)
質子帶正電,因此一個塞滿質子的原子核照理該被靜電排斥炸開。它並沒有,因為在短距離內有一種強得多的吸引力作用於核子之間,壓倒了庫侖的推擠。這種短程膠水就是核力,正是它讓原子核得以存在。它威力強大,作用範圍卻極短:超過幾費米(fm)之外幾乎歸零。
核力有三個標誌性特徵。它在約 1 到 2 fm 範圍內強烈吸引,但在極短距離處驟轉為排斥(硬核),這正是核物質不會塌縮、且密度近乎固定的原因。它大致與電荷無關,把質子-質子、中子-中子、質子-中子配對幾乎一視同仁(同位旋對稱性)。它還依賴自旋且是非中心力,含有張量成分,光是要束縛住氘核就少不了它。歷史上湯川(Yukawa)把它模擬成交換有質量的介子(主要是 π 介子)所生,而 π 介子的有限質量正好解釋了有限的作用範圍:交換的粒子越重,作用範圍越短。
深層的重點是:核力並非基本力。它是真正基本的強交互作用——量子色動力學(quantum chromodynamics)——的殘餘、剩下的效應,後者透過膠子交換把夸克束縛成質子與中子。整個核子之間的力是色力外溢的結果,就類比於中性原子間的凡得瓦力,其實是其內部電荷之電磁力的殘餘。π 介子交換是這份殘餘在低能下的有效描述,而非最底層的理論。
在原子核內,一個核子只感受到它的近鄰(核力會飽和),但即使相距 5 fm 的兩個核子也幾乎感覺不到彼此;反之若兩者都是質子,它們的庫侖排斥卻能橫跨整個原子核。正是這種作用範圍的不匹配,使得極重的原子核變得不穩定。
短程吸引與長程庫侖排斥的對抗,界定了核種圖的邊界。
別把核力稱為自然界的基本力。基本強力是透過膠子作用於夸克之間;核子之間的力是它的殘餘、有效的外溢,在低能下由介子交換描述得很好。
又称
另见