Wie hängen Austauschterme in phänomenologischen Kernpotentialen mit dem Austausch von Kernkraftträgerteilchen zusammen?

In den beiden Modelltypen wird „Austausch“ auf fast völlig unterschiedliche Weise verwendet. Es sieht aus wie ein unglückliches Stück Sprachgeschichte.

In den symmetriebasierten Modellen ist der betrachtete "Austausch" völlig hypothetisch. Angenommen, Ihr System hat Larry, das Elektron, auf der linken Seite und Moe, das Elektron, auf der rechten Seite, aber Sie drehen sich für eine Weile um und wenn Sie zurückkehren, haben die beiden Teilchen die Plätze getauscht ("ausgetauscht"). Können Sie sagen? Die Symmetrien Ihres Systems – das heißt, ob Ihr System dasselbe ist, nachdem Larry und Moe die Plätze getauscht haben – setzen den zulässigen Wellenfunktionen Beschränkungen auf. Am bekanntesten ist, dass ein System aus identischen Fermionen einen Vorzeichenwechsel erfahren muss, wenn zwei identische Teilchen die Plätze tauschen; aus dieser (Anti-)Symmetrie ergibt sich das Pauli-Ausschlussprinzip und die Solidität der Materie. Dies ist im nuklearen Fall interessant, da im Grenzfall starker Isospin vorhanden isteine gute Symmetrie ist, sind das Neutron und das Proton unterschiedliche Isospinprojektionen identischer Nukleonen. Aber nichts tauscht tatsächlich die Plätze in den symmetriebasierten "Austausch"-Modellen; Sie schränken die zulässigen Zustände ein, so dass es unmöglich ist zu sagen, ob ein solcher Austausch stattgefunden hat oder nicht.

In den Meson-Austausch-Modellen hingegen ist der „Austausch“ weniger hypothetisch. Hier haben Sie Nukleonen, die über Anregungen im Mesonenfeld um sie herum Energie und Impuls austauschen, die als virtuelle Teilchen modelliert werden können, die der Bose-Einstein-Statistik gehorchen. Die Mesonenaustauschmodelle sind der Quantenelektrodynamik sehr ähnlich, wo die Wechselwirkung zwischen elektrischen Ladungen durch den „Austausch“ virtueller Photonen beschrieben wird. Yukawas Erkenntnis war, dass, wenn die kraftvermittelnden Bosonen massiv sind, die von ihnen erzeugten Potentiale eine begrenzte Reichweite haben werden.

Um das Wasser weiter zu trüben, gibt es einige Überschneidungen zwischen den beiden Arten von Wechselwirkungen. Beispielsweise kann man sich das Pion als einen Isospin-erhöhenden oder -erniedrigenden Operator vorstellen, der auf ein Nukleon einwirkt. Wenn Larry, das Neutron, und Moe, das Proton, ein neutrales Pion austauschen, behalten sie ihre Identität. Wenn stattdessen Larry, das Neutron, und Moe, das Proton, ein geladenes Pion austauschen, ist der Endzustand so, als hätten sie die Plätze getauscht, und die Symmetrieüberlegungen kommen wieder ins Spiel.

Aus praktischer Sicht scheinen die rein symmetriebasierten Modelle aus einer früheren Geschichte der Quantenmechanik zu stammen, und die Kraftträgermodelle scheinen modernere Verbesserungen zu sein. Der Text, auf den Sie sich beziehen (veröffentlicht 1983), scheint die alten symmetriebasierten Modelle zu diskutieren, um die groben Umrisse der Nukleon-Nukleon-Kraft qualitativ zu rechtfertigen, enthält jedoch eine Darstellung von Kernpotentialen, die aus dem Meson-Austauschmodell abgeleitet wurden.

Schließlich hat das Mesonenaustauschmodell den Fehler, dass das QCD-Mesonenspektrum zu kompliziert ist. Es gibt eine enorme Anzahl möglicher Kraftträger , von denen viele massiv genug sind, dass die Wechselwirkung vom Yukawa-Typ sich nicht einschaltet, bis sich die Nukleonen im Wesentlichen überlappen – in diesem Fall ist es sinnvoll, über separate Nukleonen zu sprechen, die ein Meson austauschen. statt einer Viel-Quark-Wechselwirkung in Frage gestellt. Der aktuelle Trend geht dahin, effektive Feldtheorien zu diskutieren , bei denen die Nukleon-Nukleon-Kraft an einem punktförmigen Scheitelpunkt auftritt und die Anzahl solcher zu berücksichtigenden Scheitelpunkte durch die Quantenzahlen beschränkt ist, die sich bei der Wechselwirkung ändern oder nicht ändern.