¿Cómo se relacionan los términos de intercambio en potenciales nucleares fenomenológicos con el intercambio de partículas portadoras de fuerza nuclear?

En los dos tipos de modelos, "intercambio" se usa de formas casi completamente diferentes. Parece un poco desafortunado de la historia lingüística.

En los modelos basados ​​en simetría, el "intercambio" bajo consideración es completamente hipotético. Supongamos que su sistema tiene a Larry, el electrón de la izquierda, y Moe, el electrón de la derecha, pero le da la espalda por un momento y cuando regresa, las dos partículas han cambiado ("intercambiado") lugares. ¿Puedes decir? Las simetrías de su sistema, es decir, si su sistema es el mismo después de que Larry y Moe cambian de lugar, imponen restricciones a las funciones de onda permitidas. Lo más famoso es que un sistema hecho de fermiones idénticos tiene que sufrir un cambio de signo si dos partículas idénticas intercambian lugares; esta (anti-)simetría da lugar al principio de exclusión de Pauli y la solidez de la materia. Esto es interesante en el caso nuclear porque, en el límite donde el isospin fuertees una buena simetría, el neutrón y el protón son diferentes proyecciones de isospín de nucleones idénticos. Pero en realidad nada cambia de lugar en los modelos de "intercambio" basados ​​en la simetría; está poniendo restricciones a los estados permitidos para que sea imposible saber si tal intercambio ha tenido lugar o no.

En los modelos de intercambio de mesones, por otro lado, el "intercambio" es menos hipotético. Aquí tienes nucleones que intercambian energía e impulso entre sí a través de excitaciones en el campo de mesones que los rodea, que se pueden modelar como partículas virtuales que obedecen las estadísticas de Bose-Einstein. Los modelos de intercambio de mesones son muy similares a la electrodinámica cuántica, donde la interacción entre cargas eléctricas se describe mediante el "intercambio" de fotones virtuales. La idea de Yukawa fue que si los bosones que median la fuerza son masivos, entonces los potenciales que producen tendrán un rango finito.

Enturbiando aún más las aguas, existe cierta superposición entre los dos tipos de interacciones. Por ejemplo, se puede pensar en el pión como un operador que aumenta o disminuye el isospín que actúa sobre un nucleón. Si Larry el neutrón y Moe el protón intercambian un pión neutro, han conservado sus identidades. Si, en cambio, Larry el neutrón y Moe el protón intercambian un pión cargado, el estado final es como si hubieran intercambiado lugares, y las consideraciones de simetría vuelven a entrar en juego.

En la práctica, los modelos puramente basados ​​en simetría parecen provenir de una etapa anterior de la historia de la mecánica cuántica, y los modelos portadores de fuerza parecen ser mejoras más modernas. El texto al que se refiere (publicado en 1983) parece discutir los viejos modelos basados ​​en la simetría como una forma de justificar cualitativamente los contornos generales de la fuerza nucleón-nucleón, pero incluye un gráfico de potenciales nucleares derivados del modelo de intercambio de mesones.

Finalmente, el modelo de intercambio de mesones tiene el defecto de que el espectro de mesones QCD es demasiado complicado. Hay una enorme cantidad de posibles portadores de fuerza , muchos de los cuales son lo suficientemente masivos como para que la interacción de tipo Yukawa no se active hasta que los nucleones se superpongan sustancialmente, en cuyo caso la validez de hablar de nucleones separados intercambiando un mesón, en lugar de una interacción de muchos quarks, se cuestiona. La tendencia actual es discutir teorías de campo efectivas donde la fuerza nucleón-nucleón ocurre en un vértice similar a un punto, y el número de dichos vértices a considerar está restringido por los números cuánticos que cambian o no en la interacción.