Yukawapotentiaal

Yukawapotentiaal, or Yukawa potential, on staattinen potentiaali, jota käytetään kuvaamaan kahden hiukkasen välistä vuorovaikutusta, kun vuorovaikutusta välittää massallinen scalar-kenttä. Se esitettiin alun perin Hideki Yukawan toimesta vuonna 1935 selittämään ydinvoiman rajoitettu etäisyys. Yksinkertaisessa muodossa kahden, toisiinsa g-vivun kautta sidotun hiukkasen potentiaali etäisyydellä r on V(r) = -(g^2/4π) (e^{-m r})/r luonnollisissa yksiköissä (ħ = c = 1). Yleisempiin yksiköihin kirjoitettuna: V(r) = -(g^2/4π) (ħ c) e^{-m c r / ħ} / r. Eksponentiaalinen decay johtuu välittäjän massasta; massaton välittäjä antaisi Coulombin potentiaalin 1/r.

Ominaisarvoinen pituusmitta potentiaalille on noin ħ/(m c). Esimerkiksi massiiviselle välittäjälle, jonka massa on lähellä pionin massaa, potentiaalin vaikutusalue on luokkaa 1–2 femtometriä, mikä vastaa ydinvoiman alueellista kattavuutta. Yukawan muotoa käytetään yleisesti ydinvoimalle effektinämeson-vaihteluvoimana ja se ilmenee kvanttifysikaalisen kenttäteorian staattisena rajoitettuna kuvauksena massiivisen bosonin propagaattorista.

Rajoitukset huomioiden todellinen ydinvoima sisältää spinin, isospinin ja monien meson-vaihteluiden vaikutuksia, ja kvanttikromodynamiikka tarjoaa täydellisemmän kuvan lyhyen etäisyyden voimistuksesta. Silti Yukawa-potentiaali on keskeinen käsite väliaineen välisessä voimassa ja tärkeä opetusväline alueen kenttäteoriassa.