Б.С. Ишханов, И.М. Капитонов, Н.П. Юдин - Частицы и атомные ядра (1120562), страница 66
Текст из файла (страница 66)
Г. Н. Флерова с помощью реакции ыпрц(з4ч бп)вп! 1О и в Сс1 (Дармшталт) в реакции квРЬ(езЬ11, п)мэ110. % 13. П1ПЕРЯДРа Наряду с ядрами, состоящими из протонов и нейтронов, существуют ядра, в которых один или два нуклона заменены на Л-частицы. Такие ядра называются гиперядрами. Их время жизни порядка 10 и с, и поэтому по своим ядерным свойствам они могут рассматриваться как обычные ядра.
Исследование таких ядер важно для понимания как физики ядра, так и физики адронов. Гипероны (Л, Е, Б, П) живут примерно 1О ю с, время, колоссальное по сравнению с характерным ядерным временем 1О ы с. Поэтому интересно было выяснить, не могут ли эти частицы входить в состав ядра, что дало бы возможность изучать взаимодействие гиперон-нуклон. Для того чтобы гиперон мог существовать в ядре, необходимо выполнение двух условий. Во-первых, силы между гипероном и нуклонами должны быть силами притяжения.
Во-вторых, должны быть запрещены быстрые реакции взаимодействия гиперона с нукпонами, при которых этот гиперон исчезает. Пользуясь свойствами гиперонов и нуклонов, легко сообразить, что в ядре все гипероны, кроме Л-частицы, будут превращаться в другие 334 Глава 6. Атомные ядра — связанные системы нунлонов частицы в результате реакций: Е +р- Л+и, Е +р- Л+р, Е +и-~Л+и, Е~+и-~ Л+р, :--+р л+л, Ее+и-4 Л+л (6.74) й +р-~Б +Л, а-+и ~-+л. (6.75) не может идти за счет сильного взаимодействия из-за несохранения изоспина (Гх = О, 1, = 1). Следовательно, Л-гиперон и протон могут обме- Реакции (6.74) экзотермичны и идут с сохранением странности, т.
е, т,„- 1О зо — 1О ю с. Отсюда видно, что Е-, Б- и Гз-гипероны в состав ядер входить не могут. Возможными исключениями являются связанные системы двух частиц Š— и, Е+ — р, = — и, Ео — р. В отличие от других гиперонов, Л-частицы в быстрые реакции с нуклонами не вступают и поэтому имеют возможность существовать в составе ядра, превратив его в гиперядро.
Л-гиперон — это самый легкий барион, содержащий в своем составе один странный кварк. Поэтому, оказавшись в ядре, он не может вызвать быструю реакцию сильного взаимодействия с исчезновением странности, так как закон сохранения странности препятствует этому. Л-гиперон в ядре, так же как и свободный Л-гиперон, распадается за счет слабого взаимодействия, т. е. за время -!О ш с. Этого времени вполне лостаточно для исследования свойств гиперядер. Гиперядра обозначаются теми же химическими символами, что и обычные ядра, но с добавлением индекса Л внизу слева. Вверху слева указывается полное число барионов в ядре.
Так, символ зНе (читается: «гипергелий пять») обозначает ядро, состоящее из двух протонов, двух нейтронов и Л-частицы. Первое гиперядро было обнаружено в !952 г. (М.Даныш и Дж. Пневский). Сейчас известно уже около двух десятков гиперядер. Их существование показывает, что между Л-гипероном и нуклонами действуют силы притяжения. Эти силы немного слабее сил между нуклонами, что видно из того, что не существует дейтроно-подобной стабильной системы Л вЂ” р (гиперводорол), а также из того, что измеренные энергии связи Л-частицы в ядре оказываются несколько меньше энергий связи нейтрона. Отсутствие связанного состояния гиперводорода можно в опрелелеиной степени ожидать, так как взаимодействие в системе Л вЂ” р должно быть более короткодействуюшим, чем, например„взаимолействие в системе и — р.
Действительно, как мы уже отмечали, радиус взаимодействия определяется массой промежуточной частицы. Радиус действия сил в системе и — р по порядку величины равен комптоновской длине волны я-мезона, обменом которым осуществляется пр-взаимодействие, т.е. величине л/(ш,с). С другой стороны, Л-гиперон и протон не могут обмениваться одним пионом, так как виртуальный процесс 335 э 13, Голерядра ниваться как минимум двумя пионами: 16.76) Л - Л + 2гг, 2я + р - р. Поэтому радиус действия сил в системе Л вЂ” р будет по порядку величины равен Ь/(гпггс).
Учитывая далее, что силы между протоном и нейтроном довольно слабо их связывают, следует ожидать, что более короткодействующие силы в системе Л вЂ” р не смогуг связать й-гиперон и протон. Энергии связи Л-частицы в различных ядрах приведены в табл.6.4. Видно, что энергии связи гиперядер подчиняются иным закономерностям, чем энергии связи обычных ядер. Так, обычное ядро ~Не нестабильно относительно распада на нейтрон и 4еНе, в то время как гиперядро «Не связано довольно прочно.
Это различие легко объясняется действием принципа Паули. В ззНе третий нейтрон из-за принципа Паули вынужден занимать состояние в 1р-оболочке, которое оказывается несвязанным в системе пяти нуклонов. Л-частица в ядре ~~Не может находиться на более глубокой !в-оболочке и тем самым быть сильнее связанной, чем нейтрон. То, что на одиночный Л-гиперон в ядре не распространяются ограничения, вызванньге принципом Паули, позволяет ему занять любую ядерную оболочку. Поэтому спектроскопия гиперядер — прекрасный метод изучения одночастичных уровней барионов. Одночастичные уровни Л-гиперона в ядре отражают характер среднего ядерного поля, создаваемого лля Л-гиперона всеми нуклонами ядра. Последовательность возникающих прн этом уровней (подоболочек и оболочек) примерно такая же, как и в обычном ядре. Самой нижней оболочкой для й-гиперона в ядре также является 1в-оболочка, затем идет ! р-оболочка, !г! и т.
д, Энергии связи Л-гиперона в ядрах, приведенные в табл. 6.4, относятся к самой глубокой 1я-оболочке. Для сравнения укажем, что у гиперядра 'ьаО энергия связи Таблица 6.4 Энергии саван й-гиперона в некоторых гиперядрах 336 Глава б.
Атомные ядра — связанные снстемы нуклонов Рие. 6.35. Распад гиперядра '„Не в ядерной фотоэмульеии. Трек гиперядра направлен сверху вниз. После распада возникает четыре трека. Да» левых это треки протонов (ядер 'Н). К ним примыкает менее четкий трек 1г . Правый трек обра- зован ядром 'Н Л-гиперона на 1р-оболочке примерно 2,5 МэВ. У гиперядер 4еаСа и з' У эта оболочка располагается уже на глубине 11 МэВ, а 1с1-оболочка— на глубине 2 — 3 МэВ.
Одночастичные уровни Л-гиперона в ядре располагаются при других энергиях, чем нуклонные уровни. Поскольку взаимодействие Л-гиперона с нуклонами слабее, чем межнуклонное, то ядерная потенциальная яма для Л-гиперона мельче и уровни расположены выше по энергии. Вместе с тем результаты исследования поведения Л-гиперона в ядрах подтверждают основные положения ядерной модели оболочек. Так же как и нуклоны в ядрах, Л-гипероны ведут себя в основном как свободные частицы в потенциальной яме. В! 4.
Заключинзельные замечания о свойсювах ядер 337 Распад гиперялра, как уже отмечалось, происходит в результате распада в ием Л-гиперона за время порядка 10 м с. На рис. 6.35 показан пример распада гиперялра 4~не в ядерной фотоэмульсии. Зафиксированный случай отвечает внутриядерному распаду Л вЂ” р+ к, и в целом реакция распада ' Не имеет вид 4 Не(7р+ и+ Л) 'Н(рп) + 'Н(р) + ' Н(р) + я Гиперядра образуются при бомбардировке обычных ядер пучками отрицательнгях каонов, вызывающих превращения (б. 77) К +р- Л+а, К +и- Л+к . $14.
Заключительные замечания о свойствах ядер Главным свойством ядерной структуры следует считать существование в ядре независимого движения нуклонов. Путь к пониманию этого свойства был долгим и мучительным, так как оно обосновывается не одним- двумя определяющими фактами, а лишь обширной совокупностью ланных о статических характеристиках ядер, спектрах их возбухогеннзях состояний, а также о ядерных реакциях. Из этого свойства следует, что атомное ядро более всего похоже на вырожденный ферми-газ, т.
е. на плотный идеальный газ, состоящий из частиц, подчиняющихся принципу Паули, и находящийся при температуре, соответствующей энергии кТ, намного меньшей кинетической энергии последнего заполненного состояния. Аналогия с газом, однако, весьма ограничена уже потому, что ядро само по себе имеет конечный объем и почти постоянную плотность, а не стремится занимать максимальный объеьп как это положено газу. Ядро «держит само себя». Постоянство плотности роднит ядро с жидкостью, которую из-за резкого проявления квантовых свойств называют ферми-жидкостью. Олнако обычная жидкость лолжна иметь сферическую форму.
Поэтому существование большого числа ядер, форма которых в равновесном состоянии несферична, с опрелеленностью показывает, что у ядра имеются свойства, роднящие его с тверлым телом, Но и на твердое тело ядро также мало похоже из-за наличия в нем одночастичных движений, свойственных атомам в газе, а не в твердом теле. Существование в ядре коллективных возбужденных состояний типа гигантских резонансов опять-таки роднит его с газом (звуковые волны), с твердым телом (фононы) и с плазмой (плазмоны). Ядро, однако, менее всего похоже на плазму, у которой главенствующую роль играют дальнолействуюшие (кулоновские), а не короткодействуюшие (ядерные) силы, Помимо указанных и кажущихся несовместимыми свойств атомное ядро характеризуется рядом дополнительных свойств, конкретизирующих 338 Глава 6.
Атомные ядра — связанные системы нукяоное его своеобразную структуру. Одним из них является определенный набор нетривиальных корреляций нуклонов. Наиболее простыми являются нуклон-нуклонные корреляции, сводящиеся к тому, что вероятность найти нуклоны на малых относительных расстояниях стремится к нулю. Такого типа корреляция обнаруживаются по обогащению импульсных спектров нуклонов большими импульсами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
