Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. 3. Квантовая механика (нерелятивистская теория) (Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. 3. Квантовая механика (нерелятивистская теория).djvu), страница 155
Описание файла
DJVU-файл из архива "Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. 3. Квантовая механика (нерелятивистская теория).djvu", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "физические основы механики" из 9 семестр (1 семестр магистратуры), которые можно найти в файловом архиве МГУ им. Ломоносова. Не смотря на прямую связь этого архива с МГУ им. Ломоносова, его также можно найти и в других разделах. .
Просмотр DJVU-файла онлайн
Распознанный текст из DJVU-файла, 155 - страница
(152, 1) Для рассеяния заряженных частиц на атомах это условие равносильно применимости борновского приближения (ср. 2 !48, !50): из о )) ьо автоматически следует ! (I ) а/Йо с(; 1; необходимости в развиваемой здесь теории в этом случае, следовательно, вообще не возникает. Иная ситуация, однако. имеет место для ядерных мишеней, в которых частицы евязаны не кулоновымн, а ядерными силами. Ниже мы будем, для определенности, говорить о рассеянии быстрой частицы на ядре 1).
Условие (152,1) позволяет рассматривать движение падающей частицы при'заданных положениях нуклонов в ядре '). Другими словами, волновая функция системы частица !- мишень может быть представлена в виде ф(г, Й„Й„. ) =ф(г; Й„Й„...)Ф,(Й„Й„...). (!52,2) Здесь Ф, (Й„Й„...) — волновая функция некоторого (1'-го) внутреннего состояния ядра (Й,, Й„... — радиусы-векторы нуклонов в нем). Множитель же ф (г; Й,, Й„...) — волновая функция рассеиваемой частицы (г — ее радиус-вектор) при заданных значениях Й„ Й„ ..., играющих роль параметров в уравнении Шредингера «з ч дзйз — — Й+ лг, ()а (г — Й,) ф = — ф, (152,3) а где (7 (г — Й,) — энергия взаимодействия частицы с а-м нуклоном, Йй — ее импульс на бесконечности ').
"! Для сколько-нибудь тяжелых ядер условие (152,1) приводит к релятивистским скоростям о. Излагая в этом параграфе формальный аппарат в рамках нерелитивистской теории, мы оставлием в стороне вопрос о его фактической применимости к тем или иным конкретным процессам рассеяния. ') Такое приближение аналогично тому, которое лежит в основе теория молекул, где электронное состояние рассматривается при заданном расположении ядер. ') В (152,3) предполагается, что взаимодействие частицы с ядром сводится к сумме ее парных взаимодействий с отдельными иуклонамн. НЕУПРУГИЕ СТОЛКНОВЕНИЯ [гл,хтчп 742 Если мы найдем решение уравнения (152,3) с асимптотической формой мь <р =егх'+ и (п', п; 1«„йю ..
)— (и' = г/г, и = й/й), то волновая функция (152,2) мг ф = егьгФ! + РФ! — ' Г (152,4) (152,5) где суммирование производится по различным состоянигм ядра; /н (п', п) и даст тогда искомую амплитуду рассеяния с заданным переходом ядра г -ь/ как функцию от угла рассеяния (угол между и н и'). Сравнив (152,6) с (!52,5), найдем,, что /!г (п', п) = ) Ф! гсФг х(т, где с(т = с(айх с(агсх... — элемент конфигурационного пространства ядра.
Снова подчеркнем, что эта формула применима лишь при сравнительно малой разности энергий состояний х и /. Само решение (152,4) уравнения (152,3) находится описанным в 2 131 способом '). Аналогично формуле (!31,7) имеем г (~', п; в(н йх, ...) = — „,. ~15 (Р, йн йм ...) — 1) ~м~сРР, (152,8) ') В й 131 было отмечено, что исходное выражение волновой (Ьунхнии (131,4) применил~о лишь иа расстояниих х << йа'.
Это обстоятельство не было существенно для дальнейшего вывода в й 131. Но при рассеянии на системе частиц (ядре) оно приводит к дополнительному ограничительному условию. Необходимо, чтобы выражение (131,4) было применимым во всем объеме рассеивающей системы, т. е. должно бьнь Р» « йах, где гте — радиус яира (а ив радиус действия потенпиалов 17). будет описывать рассеяние на ядре, находящемся (до столкновения) в своем 1-м состоянии! падающая волна е!ьг входит в (152,5) в произведении с Ф,. Второй член в (152,5) представляет рассеянную волну.
Однако это выражение пригодно для определения амплитуды рассеяния лишь при условии достаточно малого изменения энергии падающей частицы, т е. л!алого изменения внутренней энергии ядра; рассматривая движение частицы в постоянном поле «неподвижно закрепленных» нуклонов (чему соответствует уравнение (152,3)), мы тем самым пренебрегаем возможным изменением энергии этого движения. Для выделения амплитуды рассеяния с определенным изменением внутреннего состояния ядра надо представить ф в виде мг гР = ег""Фг+ ~~~»/!г(п', п)Ф!— (152,6) где введены обозначения 8(р, й,, 11„...) =ехр (2!Ь(р, К„(!ч, ...)), Ь(р, Кь й, - ) = Е Ь.
(р — й. ). (152,9) Ь~ (р — К~~) = 2. ) У~ (г Й~) Не. ! 2ЕР Ф Напомним, что р — проекция радиуса-вектора г на плоскость ху, перпендикулярную к к (Й,~ — такая же проекция радиуса-вектора К,); йц = р' — р — изменение импульса рассеиваемой частицы, причем в (152,8) входят лишь поперечные его компоненты. Функции Ь, определяют амплитуды упругого рассеяния частицы на отдельных свободных нуклонах согласно = — ') (ехр [2(Ь, (р)] — 1) е-'ЯРА. (152,10) Прн ( = 7 находим нз (152,7), (152,8) амплитуду упругого рассеяния на ядре:. (п (и', и) = —.
~ (с! (р) — 1)е-'ЯРА, (152,11) где черта означает усреднение по внутреннему состоянию ядра: 8 (Р) = ) 8(Р, 11„йч, ...)!Ф,(йо 1(„...)~чу. (152,!2) Эта формула обобщает прежнюю формулу (131,7). Положив в (152,11) и' = и и воспользовавшись оптической теоремой (142,10), получим полное сечение рассеяния о1 =2) (1 — Ке8)Ур. (152,13) Интегральное сечение упругого рассеяния в, получается интегрированием ! !и !ч по направлениям и'.
Прн малых углах рассеяния 0 имеем д ж л0 н элемент телесных углов бо ж Уд/йч. Поэтому о. =1!Ьà —,„,'. Представив ГЦН с 7Н из (!52,!1) в внае двойного интеграла (по ~рр сРр'), интегрируем по <(чд с помощью формулы ) е-м (Р-Рч Дчд (2п)чб (р р') после чего Ь.функция устраняется интегрированием по бчр". В результате находим о, = ~(3 — 1!чбчр. (152, и) 4 нм! неупРуГОе Рьссвянна ПРи аольших энеРГиях 743 неипркгие столкновения !гл. хчш Наконец, полное сечение реакций о, = о, — а, = )1 (1 — ! 5 [г) с[яр, (152,15) Обратим внимание на соответствие выражений (152,13)— (152,15) с общими формулами (142,3) — (142,5).
Переходя в последних от суммирования (по большим 1) к интегрированию по гРр (с р = 1!л) и заменив 31 на функцию 5 (р), мы получим (152, 13) — (152, 15). Задачи 1. Выразить амплитуду упругого рассеяния быстрой частицы на дейтрове через амплитуды рассеяния на протоне и нейтрале (й. у. Иаибег, 1955). Р е ш е н и е. Согласно (152,11) амплитуда упругого рзссеиния на дейтроие г( ! (Ч) — ) ) фл(й) р1 ехр!12!би !Чр — — ) + и й г 2л! 3 и ~ 2 ) й +2»б (р+ — )~ — 1)е ~ча»ттй»(»р. (Ц Здесь фл(й) — нолновая функция относительного движения нейтрона (и) и протона (р) в дейтроне; й = й„— й, а йг — проекция й на плоскость, перпециикулярную к волновому вектору падающей частицы й.
Представим разность и фигурных скобках в (1) в виде ехр (2»бь + 2»61,) — 1 = (е "— 1) + (е и — 1) + (е "— 1) (е и — 1). После этого интегралы преобразуются с учетом определения амплитуд рассея ния на иейтроне (1(»»)) и протоне ()!р!) согласно (152,10) и обратных формул ехр [2»р„(р)! — 1 = — ( 1щ! (ч) егчр— В результате находим )ип (ч) = 1рп бй (ч) + 1пп (ч) р ( — )— — — 3 р (2Ч ) )гч ~ 2 + Ч ) 1 [, 2 — Ч у с( Ч » (2) где р (ч) ) [фи (й) [г -гчцггизй — формфактор дейтрона. 'Положив в (2) Ч = 0 (причем р(0) = 1) и воспользовавшись оптич ой теоремой (142,10), найдем полное сечение рассеиння на дейтроне: о',"'+ а,'и!+ — з йе ) и (2ч) 1пп (ч) 1'и' ( — Ч)»('Ч (3) 2.
Определить сечение распада быстрого дейтраиа на независимые иейтрои и протон при рассеииии на тяжелом поглощающем ядре; радиус ядра й, велик по сравнению с длиной волны дейтронз (Ме Ъ 1, лй — импульс дсйтроиа) и по сравнению с радиусом дейтроиа (Е. Л. Фейнберз, 1954; л.,l, о!аиде», 1955; А. Й, Ахисзер и А, Г, Сителко, 1955).
й »ЗХ! НПИПНИГОН РЛССПЯНИП ПРИ НОЛЬШИХ ЭНННГИЯХ 245 Р е ш е н и е. По отношению к падающей дейтронной плоской волне большое (й/!« ~ 1) поглощающее ядро играет роль непрозрачного экрана, на котором волна днфрагнрует. Волновая функция падающих дейтронов; е«агфа (/з), где фи(/!) — внутренняя волновая функция дейтрона ((С = Йа — Йр — радзусвектор между нейтроном и протоном в дейтроне, г = ((С» + ((р)/х — радиус- вектор их центра инерции). Наличие поглошающего ядра приводит к «выеданию» части этой функции, отвечающей поперечным координатам нейтрона и протона (р„и р ), попала!ощим в область «тени» ядра, т, е. внутрь круга радиуса /с .
Другимй словами, волновая функция становитси равной Ф=е'"'5(ри Рр) фа(/!) где 5 = 1 при р„, рр > /с«и 5 = О, если хотя бы одно из р„или рр меньше й»з»). Эта функция (без множителя фи) отвечает выражению падающей волны в виде (131,5) (в ней пренебрежено дифракционным искривлением лучей); поэтому и множитель 5 имеет тот же смысл, что и в й 131, 132. Аналогично (152,13), (152,14) полное сечение рассеяния дейтрона пг (включающее все иеупругие процессы) и сечение упругого рассеянии'и даются формулами пг = 2 ~ (1 — 5) п»р, и, = ( (5 — 1)» б»р, где р = (р„+ рр)/2 и учтена вещественность 5; усреднение 5 производится по основному состоянию дейтрона: 5 ( ) ~ 5 ! 2 бз/( В качестве фи достаточно взять функцию . ° у и е †2 справедливую на расстояниях /с вне радиуса действия ядерных снл, действующих между нейтроном и протоном (ср. (133,14); н = 'г' п«( е (/Л, где (е ) — энергия связи дейтрона; т — масса нуклона).
По определению 5, разность 1 — 5 отлична от нуля, если один илн оба из двух нуклонов попадают внутрь круга радиуса /с« и поглощаются ядром; поэтому пзахв = ~ (1 — 5) «(»р = пт/2 (1) есть сечение захвата одного или обоих нуклонов. С другой стороны. пт = п»а + и«+ праеп где прасп интересующее нас сечение «дифракциов- ного» распада дейтрона. Отсюда ! праеп= пт оа = ) 5 (! 5) «РР. 2 (2) При /!»и Ъ 1 в интеграле (2) существенны малые ( 1/и) расстояния От края ядра; тогда интегрирование вдоль края дает множитель 2п/!», а интегрирование в перпендикулярном направлении можно производить так, как если бы область тени была ограничена прямой линней.