Tuumajõud

Allikas: Vikipeedia
A Feynmani diagramm prootoni ja neutroni vahelisest tugevast vastasmõjust, mida vahendab neutraalne piion. Graafikul liigub aeg vasakult paremale.
Sama diagramm, millel on kuvatud osakeste kvarkkoostis, et näidata kuidas fundamentaalne jõud – tugev vastasmõju tekitab tuumajõu Sirged jooned on kvargid, mitmevärvilised ringid gluuonid (tugeva vastasmõju kandjad). Virtuaalsed gluuonid, mis hoiavad koos prootonit, neutronit ja nende vahel "lendavat" piionit on selguse huvides jäetud joonistamata.

Tuumajõud on kahe või enama nukleoni vahel mõjuv jõud, mis hoiab koos aatomituuma. Tuumajõud põhineb tugeval vastastikmõjul, olles selle teisene väljendus (samamoodi nagu van der Waalsi jõud on elektromagnetilise vastasmõju teisene väljendus). Kuigi tuumajõud on tugevast vastastikmõjust oluliselt nõrgem, on ta siiski elektromagnetilisest jõust umbes sada korda tugevam, mistõttu suudab tuumajõu tõmbejõud ületada tuuma kuuluvate positiivselt laetud prootonite omavahelise tõukejõu.

Tuumajõu füüsikaline kirjeldus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kuna nukleonid on neutraalse värvilaenguga, siis ei saa nende vahel olla tugevat vastasmõju (kuigi prootonid ja neutronid koosnevad kvarkidest, ei saa nad vahetada omavahel gluuoneid). Nukleonide vahelist jõudu vahendav osake peab ise olema samuti neutraalse värvilaenguga, kuid koosnema siiski kvarkidest, millel on värvilaeng.

Selline osake on meson. Seega on just virtuaalsed mesonid, mis koosnevad kvargist ning antikvargist, tuumajõu kandjateks. Näiteks võib prooton (uud) luua vaakumist d-kvargi/antikvargi paari. Loodud paarist jääb d-kvark paigale ning üks prootoni u-kvarkidest moodustab d-antikvargiga mesoni π+. Prooton ise muutus selle tegevuse tagajärjel neutroniks (udd).

Tekkinud virtuaalne meson neelatakse mõne kõrvalasuva neutroni (udd) poolt. Neutronis olev d-kvark annihileerub d-antikvargiga "tagastades" u-kvargi/antikvargi paari loomiseks "laenatud" energia. Piionis olnud u-kvark jääb neutroni sisse, mis selle tegevusena muutus prootoniks (uud). Sama tulemuse annab neutroni kiiratud virtuaalse π neelamine prootoni poolt ja neutroni prootoni omavaheline π0de vahetus (kumbki nukleon kiirgab ühe π0 ja neelab teise). Viimane variant on kujutatud ka paremal asuval diagrammil.

Tuumajõu omadused[muuda | redigeeri lähteteksti]

Tuumajõud mõjuvad ainult hadronite (kvarkidest koosnevate osakeste) vahel.

Väga väikeste vahemaade juures on tuumajõud tõukuv. Seetõttu hoiavad nukleonid tuumas teineteisest pisut eemale.

Tuumajõud on väga väikese mõjuraadiusega (ca 1,5 fm). Tuumajõu mõjuraadiusele seab piirid virtuaalse mesoni eluiga, mis ei tohi ületada määramatuse printsiibiga lubatud ajavahemikku, mille jooksul on kvargi-antikvargi paari loomiseks vajaliku energia "laenamine" võimalik. Alates 1,7 fm kahaneb tuumajõud täiesti märkamatuks.

Tuumajõud on laengust sõltumatu. Ta mõjub ühtviisi nii neutronite kui prootonite vahel. Tuumajõud sõltub sellest kas nukleonide spinn on paralleelne või antiparalleelne.