核力是核子间的夸克交换力

王为民

四川南充龙门中学

核力是核子间的夸克交换力，笔者把这种性质的力叫做王为民力。我们知道原子核是核子（即质子和中子）构成的。一个质子由两个上夸克（u）和一个下夸克（d）组成，而一个中子由一个上夸克（u）和两个下夸克（d）组成。夸克之间通过交换胶子束缚在一起形成核子。核子无色。

在原子核中，质子带正电，有非常大的排斥力，而中子不带电。人们想知道，是什么力量把核子束缚在一起形成了核力，阻止了质子间的电荷排斥力。1935年日本物理学家汤川秀树提出了核子交换重粒子产生交换力的思想。至于这个重粒子是什么，汤川秀树不知道。 但是，人们至今认为核子交换重粒子是由一个夸克和一个反夸克组成的派介子（π）。笔者认为这是错误的。首先，核子中没有反夸克，也就没有由一个夸克和一个反夸克组成的派介子，所以，原子核中的核子通过交换派介子而发生相互作用形成核力的观点没有存在的物质基础，所以是错误的。笔者认为：核力是核子间的夸克交换力，笔者把这种性质的力叫做王为民力，把两个核子之间交换夸克形成的核键叫做王为民键。这和原子与原子之间交换电子形成交换力（化学键）的情况是一致的。因为核子内部存在上夸克和下夸克，它们之间可以交换一个、两个、甚至三个夸克而相互作用。

目前，原子核有三种模型，它们是液滴模型、壳模型和集体模型。它们都只能部分解释原子核的结构特征和性质。笔者在此提出一个原子核的液晶模型。

我的原子核的液晶模型主要根据我的“核力是核子间的夸克交换力（王为民力）”的思想提出来的。这就是说，原子核中的核子可以通过核键（王为民键）结合在一起形成“晶体”，但是同时，由于核子间的夸克交换，又可以让核子中的夸克在整个原子核中“流动”，这又象液体。所以，原子核就形成了一种特殊的物质形态，这就是核子的“液晶态”，所以，原子核的结构也就是由核子形成的一种液晶结构。这个结构模型就叫王为民原子核结构的液晶模型。

不同的原子核有不同的液晶结构，20世纪30年代，尼·玻尔提出的“液滴模型”只反映原子核液晶结构的流动性，而忽略了液晶结构的晶体性。而1949年梅耶夫人（M.G.Mayer）和詹森（J.H.Jensen）提出的壳模型反映的单核子的独立运动，而没有认识到原子核的晶体性和夸克在整个原子核中的流动性。20世纪50年代奥格·玻尔（A.N.Bohr）、莫特森（Ben.R.Mottelson）和雷恩沃特（J.Rainwater）提出的集体模型解释了壳模型不能解释的核形变导致的有大量核子参加的转动和振动这些集体运动等，但是仍然只是近似理论，不能全面描述原子核的运动状态和高自旋转动态的奇异现象。1986年张启仁先生提出了原子核的MIT口袋晶体模型，认为核物质就是装有夸克的口袋集合体，把核物质当口袋固体。由于没有王为民核键的概念，他仅仅考虑了单立方晶格的晶胞重复排列形成的口袋晶体，夸克可在这个巨口袋中自由运动。其缺点在于没有王为民核键概念，这样的“晶体”纯粹是古希纳几何立体。

显然，笔者的原子核结构的液晶模型能够吸收上述原子核结构模型的优点，并克服他们的缺点。让人类去了解不同原子核独特的液晶结构。

在1983年和1984年的轻子的深度非弹性散射中，EMC-SlAC效应指出原子核内的核子结构与原子中存在自由核子的结果不同，这说明原子核中的核子不能自由运动，不同原子核具有不同的核结构，这是原子核具有晶体结构的证明。但同时核子内夸克没有被冻结，原子核内存在夸克自由度，夸克可以自由运动。由于人们没有搞清核力的本质，没有王为民键的概念，所以不能建立原子核的晶体结构。由此可见，王为民原子核结构的液晶模型的建立，才真正揭示了原子核结构的本质。

中子星的中子通过王为民键形成了核子的液晶态。

核子间交换夸克形成核力（交换力）有以下几种情况：

质子（uud）和质子（uud）交换夸克、中子（udd）和中子（udd）交换夸克、质子（uud）和中子（udd）交换夸克。

这又分为三种情况：①交换一个同种或不同种夸克。②交换两个不同种或交换两个不同种夸克。③同时交换三个夸克。

根据笔者的理论，可以得出核力以下性质：

1、 短程力。由于交换的夸克质量大，而且夸克有颜色不能从核子中独立出来显示颜色，所以，交换夸克必须在距离非常近的情况下进行，所以是短程力。又由于夸克是自旋为1/2的费米子，两个核子不能靠近处于同一量子态，所以两个核子距离太近又相互排斥，形成排斥芯。

2、 电荷有关性。根据笔者分析，所谓核力具有电荷无关性实际上是一个错误的认识。由于核力是核子间的交换夸克形成的交换力，而上下夸克带有不同的电荷，所以，核子间的核力的大小必然与核子相互之间交换的上下夸克所带电荷的种类和大小有关。可见，核力的电荷无关性的观点是错误的。这里需要进行纠正。

3、 偶偶核更稳定。由于同种核子比不同种核子可交换的同种夸克数更多，所以交换力就更大，结合能更大，所以，质子数和中子数均为偶数的原子核更稳定，这可以解释原子核的质子或中子数为2、8、20、28、50、82、126这些幻数时的幻核为什么更稳定。笔者把交换一对夸克形成的键叫做核键（王为民键），笔者把两个核子之间交换上夸克形成的核键叫做上键，用<或^表示；把两个核子之间交换下夸克形成的核键叫做下键，用>或V表示；把两个核子之间将上夸克和下夸克互换形成的核键叫做上下键，用|或—表示。这有点类似原子与原子交换一对电子形成的化学键，但是，核键比化学键强得多，所以，核子与核相互间通过核键结合形成原子核比原子与原子之间通过化学键结合成分子更牢固，结合能更大。比如氘核的质子和中子之间形成了一个上键和一个下键，其键能比较大，另外还有一个上下键，其键能相对较小。下面写出氢、氘、氚、氦、锂几个原子核液晶结构表示式：

Uud Uud uud uud Vddu uudVduu^udd

氢核 <|> <|> << >< << >| >>

Udd udd uud Vddu uudVddu^udd

氘核 <>> 氦核 锂核

Udd

氚核

原子核相互间能够交换的同种夸克对数越多，原子核就越稳定。但是，同时还必须考虑到质子数越多，质子间的正电荷排斥力越大，造成原子核不稳定。由于质子结构寿命几乎为无穷大，质子结构最为稳定，而自由中子大约15min就要衰变，所以，原子核中的中子数过多，原子核也不稳定。含不同核子数的原子核的结合能大小与稳定程度，决定于原子核所含核子数的种类、核键种类及其它们的数量和结合成原子核的排布与结构方式。核子还可以通过王为民键形成同核异构体。核子交换夸克后保持原子核无色，这就是色荷守恒定律。

4、 核力有饱和性。由于核力是核子间的夸克交换力，一个核子最多只能容纳三个夸克，所以，一个核子最多只能与其它核子之间交换三个夸克，所以，核键有饱和性。这造成原子核密度近似为常数，这和液体中的分子力有饱和性类似。原子核的结合能B近似与核子数A成正比。即B∝A

5、核力与自旋有关。因为核力是核子间的夸克交换力，因为夸克有自旋，所以，核力的大小与自旋有关。王为民力是夸克交换力。核子交换一对夸克产生的势能V=±KP₁₂，K表示交换能，当交换这对夸克总自旋为零时，前面取正号，总自旋为1时取负号。P₁₂为自旋交换算符P₁₂=4π²S²/h² - 1，总自旋S=S₁+S₂，S₁和S₂表示1、2两个夸克的自旋算符。