kerninteracties

Kerninteracties verwijzen in de kernfysica naar de krachten die optreden tussen de bouwstenen van atoomkernen, met name protonen en neutronen. De dominante kracht is de sterke kernkracht, een kortetermijninteractie die nucleonen aan elkaar bindt. Daarnaast spelen elektromagnetische, zwakke en, op de schaal van de kern, gravitale interacties een rol in verschillende verschijnselen.

Sterke kernkracht: deze kracht heeft een bereik van circa 1 tot 2 femtometer en is over het algemeen aantrekkend op de ruwe afstanden tussen nucleonen, terwijl hij bij zeer korte afstanden repellerend wordt. De kracht is afhankelijk van de spin en isospin van de nucleonen en wordt gemodelleerd via uitwisseling van mesonen (waaronder pions) en via meer geavanceerde nucleaire potentiaalmodellen zoals AV18 of CD-Bonn. In veelkernsystemen werkt de sterke kracht als een verzadigende aantrekking die bindingen mogelijk maakt en de kern stabiliseert.

Elektromagnetische interactie tussen protonen veroorzaakt Coulomb-afstoting, wat de binding en de structuur van kernen beïnvloedt. De elektromagnetische bijdrage is essentieel bij het bepalen van binding energies, isotopische massen en bepaalde vervalprocessen.

Zwakkere interactie: betrokken bij processen zoals beta-verval en elektronenzakking, via W- en Z-bosonen. Deze interacties veranderen de samenstelling van een kern (bijvoorbeeld neutronen naar protonen) en spelen een cruciale rol in nucleosynthese en kernreacties.

Gravitatie speelt op nucleair niveau verwaarloosbaar mee, maar wordt relevant op grotere, astro- en kosmologische schalen.

Modellering en experiment: de nucleon-nucleon interactie wordt afgeleid uit NN-scatteringsdata. Theoretisch worden effectieve veldtheorieën en lattice QCD gebruikt. In kernmodellen (shell-model, mean-field) worden potentiaalvelden toegepast om binding energies, reakties en dichtheden te beschrijven. De binding-energie per nucleon ligt bij stabiele kernen ongeveer rond 8 MeV, en de kern-dichtheid bedraagt circa 0,16 fm^-3.

Toepassingen en belang: kerninteracties bepalen de structuur van atoomkernen, kernreacties in energieproductie en nucleosynthese in het universum, en ze hebben toepassingen in geneeskunde, industrie en fundamentel onderzoek.