И.М. Капитонов Силы Майорана (история и простое объяснение)     Представление о силах Майорана возникло в 1933 г., когда Майорана, работая у Гейзенберга, указал на некоторые слабости теории ядерных сил последнего. Гейзенберг полагал, что взаимодействие между протоном и нейтроном происходит обменом между ними электроном. Нейтрон, испуская электрон, превращался в протон, а протон, в сторону которого испущен электрон, поглощая этот электрон, превращался в нейтрон (при этом наличие у электрона полуцелого, а не целого спина, как должно было быть у частицы-переносчика взаимодействия, уже противоречило этой картине). В любом случае силы, введенные Гейзенбергом, это зарядо-обменные силы, за которыми в дальнейшем и закрепилось название силы Гейзенберга. Майорана указал Гейзенбергу на то, что введённые им силы не объясняют существенно более высокой энергии связи альфа-частицы по сравнению с рыхлым дейтроном. Кроме того, он отметил, что межнуклонные силы на совсем малых расстояниях должны характеризоваться большим отталкивающим кором, иначе будет ядерный коллапс. Майорана выдвинул представление о другом классе межнуклонных сил, которые реализуются между нуклонами одного типа – между протонами или между нейтронами и которые приводят просто к их перестановке в пространстве (обмену пространственными координатаами). Введение этих сил, названных в последствии силами Майорана, позволило объяснить значительно более сильную межнуклонную связь в альфа-частице (т.е. существенно большую удельную энергия связи в ней) по сравнению с дейтроном. В настоящее время для объяснения нуклон-нуклонного рассеяния достаточно допустить, что обменные силы на 25% являются силами Гейзенберга и на 75% - силами Майорана. Таким образом, можно полагать, что энергия межнуклонной «майорановской» связи примерно в 3 раза больше энергии межнуклонной «гейзенберговской» связи. Обозначая энергию последней ε, для энергии майорановской связи можем принять величину 3ε. С учётом этого покажем, что без учёта сил Майорана невозможно объяснить существенно более сильную связь нуклонов в альфа-частице по сравнению с дейтроном. Воспользуемся следующей схемой:     Рассчитаем удельную энергию связи дейтрона и альфа-частицы (ядра гелия-4) в отсутствии и наличии сил Майораны. Есть только обменные силы Гейзенберга соответствующая межнуклонная связь обозначена на вышеприведенной схеме пунктиром Дейтрон: суммарная энергия связи это энергия одной связи Гейзенберга, т.е. равна ε. Удельная энергия связи равна ε/2. Альфа-частица: суммарная энергия связи это сумма энергий 4-х гейзенберговских связей, т.е. 4ε. Удельная энергия связи равна 4ε/4 = ε.     Итак, удельная энергия связи альфа-частицы в два раза больше, чем у дейтрона. Это сильно отличается от экспериментальных данных, согласно которым для дейтрона эта энергия 1.112 МэВ; для альфа-частицы 7.074 МэВ.  Есть как обменные силы Гейзенберга, так и силы Майорана межнуклонная майорановская связь обозначена на вышеприведенной схеме сплошой линией Дейтрон: суммарная энергия связи это по-прежнему энергия одной связи Гейзенберга, т.е. равна ε. Удельная энергия остается равной ε/2. Альфа-частица: суммарная энергия связи это сумма энергий 4-х гейзенберговских связей и двух майорановских. Учитывая, что энергия майорановской связи в три раза выше гейзенберговской, получаем для суммарной энергии связи альфа-частицы: 4ε + 2×3ε = 10ε. Удельная энергия связи равна 10ε/4 = 2.5ε. Т.е. удельная энергия связи альфа-частицы при наличии сил Майорана в 5 раз выше удельной энергии связи дейтрона, что значительно лучше согласуется с экспериментальным превышением в 7.074/1.112 ≈ 6.4 раза.     Итак, слабая связь, т.е рыхлость дейтрона объясняется не только тем, что в нём всего одна межнуклонная связь, но и тем, что эта связь не обеспечивается силами Майорана. В настоящее время мы знаем, что силы Майорана реализуются обменом нейтральным пионом (π0), а силы Гейзенберга – обменом заряженными пионами (π±).