Kernkräfte

Kẹrn|kräf|te: die im Atomkern den Zusammenhalt der Nukleonen (↑ Kernbindung) bewirkenden Kräfte. Die vollständige theoretische Deutung der Natur der K. u. ihrer starken ↑ Wechselwirkung steht noch aus.

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Kernkräfte,

 

diejenigen Kräfte, die den Zusammenhalt der Nukleonen in einem Kern, d. h. die Kernbindung bewirken; sie sind Ausdruck der starken Wechselwirkung. Kernkräfte haben eine Reichweite von wenigen Femtometern (1 fm = 10^-15 m) und sind viel stärker als die Coulomb-Kraft.

 

Obwohl diese (und weitere) Eigenschaften, denen ein den Kernkräften entsprechendes Nukleon-Nukleon-Potenzial genügen muss, aus der Struktur des Deuterons, aus Nukleon-Nukleon-Streuexperimenten, allgemeinen Eigenschaften der Kerne sowie aus Erhaltungs- und Symmetriesätzen ableitbar sind, steht eine umfassende Theorie der Kernkräfte noch aus. Neue Erkenntnisse werden aus der theoretischen und experimentellen Untersuchung der Quarkstruktur der Nukleonen (Quantenchromodynamik) und ihrer Auswirkung auf die Wechselwirkung der Nukleonen im Kernverband erwartet.

 

Ein empirisches Nukleon-Nukleon-Potenzial besitzt im Wesentlichen folgende Anteile: neben dem radialabhängigen Zentralterm einen isospin- und spinabhängigen, einen Spin-Bahn-Kopplungsterm (Schalenmodell) sowie einen nichtzentralen Term (Tensorkraft). Das Potenzial berücksichtigt, dass die Kernkräfte ladungsunabhängig sind (Isospinformalismus) und teilweise Austauschnatur haben (Spin-, Isospin-, Koordinatenaustausch). Auf dem Austauschcharakter der Kernkräfte beruht ihr Sättigungscharakter, der insbesondere in der von der Massenzahl weitgehend unabhängigen Kernbindungsenergie pro Nukleon zum Ausdruck kommt. Eine frühe Theorie der Austauschwechselwirkung stammt von H. Yukawa (1935). Bei Berücksichtigung der Coulomb-Wechselwirkung ergibt sich durch Überlagerung der Coulomb-Abstoßung und der anziehenden Kernkräfte am Rand der Kernpotenziale der so genannte Coulomb-Wall, ein Bereich positiver potenzieller Energie.