Изоспин ядра. Спектры атомных ядер. Электрический дипольный момент ядра. Электрический квадрупольный момент ядра

10. Изоспин ядра. Спектры атомных ядер.

Введение квантового числа изоспин ( и его проекция I_z) связано с тем, что ядерные силы инвариантны относительно замены протонов на нейтроны. Данное свойство проявляется в спектрах зеркальных ядер, т.е. ядер-изобар, у которых число протонов одного равно числу нейтронов другого. Для всех известных пар таких ядер наблюдается подобие спектров низших состояний: спины и четность равны, а энергии близки. С точки зрения теории изоспина, протон и нейтрон являются одной и той же частицей-нуклоном с изоспином , но различными проекциями: I_z=+1/2- p, I_z=-1/2- n. Квантовая теория изоспина построена по аналигии с теорией спина. Каждой частице ставится в соответствие некоторое направление, на нем откладывается длина вектора изоспина: . Вектор проектируется на изотопическую ось, в качестве которой выбирают любую ось. Число возможных проекций на ось: (2I+1) и определяе число зарядовых состояний частиц. Проекция изоспина ядра: I_z(z,A)=z(+1/2)+N(-1/2)=(z-N)/2. Вектор изоспина: . Для низших по энергии состояний нуклонов значение вектора изоспина совпадает с его проекцией. Более высокие состояния могут иметь более высокие значения изоспина, но с той же проекцией. Частицы или системы частиц, имеющие одинаковый изоспин и разные проекции изоспина составляют изоспиновые мультиплеты.

Квантовый характер атомных ядер проявляется в их спектрах возбуждения. Каждый из возбужденных уровней имеет конечное среднее время жизни:τ. Ширина уровня также конечна:  (-ширина). В области энергий возбуждения меньшей энергией отделения никлона спектры ядер дискретные. Спонтанные переходы  ядер из возбужденных состояний дискретного спектра в более низкие происходит за счет испускания γ-квантов. Если энергия возбуждения больше энергии отделения нуклонов, то уровни сливаются. Основной механизм распада высоко возбужденного состояния – испускание нуклонов, α-частиц, дейтронов.

11. Электрический дипольный момент ядра.

Электрический заряд – простейшая интегральная характеристика электрических свойств ядер. . Электрическим диполем называется система из двух равных по модулю зарядов разного знака, находящихся на некотором расстоянии δ. Дипольный момент ядра: . Дипольный момент ядер в основном состоянии равен нулю D_x=0. Это справедливо также для всех невырожденных возбужденных состояний ядер, всех статических электрических моментов ядра нечетного порядка. Не выполняется только при одновременном нарушении закона сохранения пространственной четности и временной четности.

12. Электрический квадрупольный момент ядра.

Квадруполь – пара равных, но противоположно ориентированных диполей, расположенных на некотором расстоянии. Квадрупольный момент системы: . Измеряется в барнах. Виды: 1. Внешний или наблюдаемый Q; 2. Внутренний или собственный Q₀. Внешним квадрупольным моментом называется момент, измеряемый в лабораторной СК. Q является средним значением квадрупольного момента ядра в состоянии, которое характеризуется квадратом полного момента импульса:  и его максимальной проекцией . .

Внутренний или собственный квадрупольный момент  Q₀ измеряют в СК вращающейся вместе с атомным ядром вокруг его центра масс (инерции). Он является мерой отклонения распределения электрического заряда в ядре от сферического.  – интегрирование ведется по всему объему ядра. Возможные варианты : 1. Если , то , т.е. распределение заряда в ядре сферически симметрично, ядро имеет форму сферы. 2. , то  , ядро имеет вытянутую форму. 3. Если , то , ядро имеет сплюснутую форму.

Из-за нулевых колебаний оси атомного ядра относительно лабораторной СК  .