NHỮNG QUẢ BÓNG VÀ CÁC BUMÊRĂNG CỦA THẾ GIỚI VI MÔ
Năm 1935, nhà vật lý trẻ người Nhật Hideki Yukawa, khi nghiên cứu các lực liên kết các nucleon trong hạt nhân, đã tiên đoán sự tồn tại của một hạt mới - hạt meson (từ tiếng Hy Lạp mesos nghĩa là ''trung bình'') có khối lượng lớn hơn khối lượng electron nhưng nhỏ hơn khối lượng nucleon. Hạt này, theo giả thiết của nhà vật lý Nga I. E. Tamm (năm 1934) phải được dùng làm vật tải tương tác hạt nhân giống như tương tác điện từ là do trao đổi các photon gây ra.
Các nucleon nằm cạnh nhau trong một khoảng thời gian cực kỳ ngắn (nghĩa là ảo) phát ra và lập tức hấp thụ lại các meson, bằng cách trao đổi chúng với nhau mà đưa đến tương tác giữa các nucleon - các lực hạt nhân.
Ta hãy xét các tương tác trao đổi qua vài ví dụ. Hai cậu bé ngồi đối mặt nhau trên hai con thuyền (hay đứng trên những đôi giày trượt có bánh xe, bắt đầu chuyền bóng cho nhau. Theo định luật bảo toàn xung lượng, trong tình huống này sẽ có sự giật lùi trong mỗi lần ném bóng và có sự va chạm mỗi khi bắt bóng. Kết quả là khoảng cách giữa bọn trẻ tăng lên. Như vậy, lực đẩy được thực hiện thông qua quả bóng. Nghĩ ra một ví dụ tương tự về lực hút trao đổi sẽ khó khăn hơn. Người chơi phải quay lưng vào nhau, còn thay cho quả bóng ta phải lấy cái bumêrăng. Cậu bé thứ nhất ném bumêrăng về phía trước, bumêrăng quay về với cậu ta từ phía sau và bị cậu bé thứ hai tóm được. Tiếp tục trò chơi ném bumêrăng, hai chàng trai tất sẽ lại gần nhau hơn.
Biết bán kính tác dụng của các lực hạt nhân, Yukawa đã tính được rằng khối lượng của hạt truyền lực phải lớn hơn khối lượng electron khoảng 200-300 lần. Vào các năm 1936 - 1937 hai nhà vật lý Mỹ Carl Anderson và Seth Neddermeyer, khi nghiên cứu các tia vũ trụ đã tìm ra hạt muon có khối lượng gần 207 lần khối lượng electron. Mới đầu mọi người cho rằng phát hiện này đã xác nhận lý thuyết của Yukawa. Tuy nhiên những nghiên cứu sau đó đã chứng minh được rằng muon không thể là vật truyền tương tác các nucleon. Và nói chung muon đã làm các nhà bác học bối rối: xét theo các tính chất thì hạt này gần với electron nhất. Nhưng vào năm 1947, nhà vật lý người Anh Cecil Frank Powell (1903 - 1969) cùng đồng nghiệp đã phát hiện trong các tia vũ trụ một hạt mới được gọi là - meson hay pion, nặng hơn electron 273 lần.
Đó chính là vật mang tương tác hạt nhân. Với tư cách như vậy nó tồn tại chỉ trong nháy mắt (cỡ 1023 giây) không kịp phân rã. Ở trạng thái tự do, nó phân rã nhanh hơn muon 100 lần - trung bình sau 2.10-8giây. Thêm vào đó người ta còn biết đến một bộ ba pion: hai meson tích điện là +, - và một meson trung hòa.
Theo lý thuyết lượng tử, bán kính tương tác của các nucleon tỷ lệ nghịch với khối lượng hạt truyền tương tác. Khi tương tác được thực hiện bởi các pion, bán kính r này đạt giá trị cực đại 1,41.10-14cm. Khi r > 3.l0-13cm các lực hạt nhân thực tế biến mất. Còn ở các khoảng cách nhỏ hơn 0,5.10-13cm giữa các nucleon xuất hiện các lực đẩy lớn mà các vật mang chúng là những và nặng hơn.
