1625913952-eb24d9660fd97b365f78091f0a818088 (532682), страница 49
Текст из файла (страница 49)
Силы взаимодействия зависят от квантового состояния ядра, точнее, от его момента, так что переход ядра из одного состояния в другое сказывается на полной энергии, которая поглощается или выделяется. Квантовомеханическая трактовка явления очевидна. Ядерный момент количества движения 1 (в единицах д/2я) и электронный момент количества движения / образуют в результате вектопого сложения полный момент Р. Поскольку каждое из этих квантовых чисел является либо целым, либо полуцелым, возникают различные комбинации спектральных линий, точно так же, как.и в случае мультнплетов обычной тонной структуры. Можно также призвать на помощь эффект Зеемана и выяснить, как изменяется сверхтонкая структура под действием магнитного поля.
Для того чтобы найти значение /, достаточно просто подсчитать число линий сверхтонкой структуры. Таким образом были определены величины 1 для многих ядер. Для других ядер момент 1 был вычислен другими методами, которые мы еще обсудим. Некоторые результаты представлены в табл.- б. У элементов-с четным--2- я четным А расщепление линий не иаблюддется (1 = — О); по-'видимому, в этом случае моменты нуклонов попарно нейтрализуются. Элементы с нечетным Е по большей части обладают полуцелым моментом; важным исключением является азот, для которого 1 1. Из этих данных мы можем извлечь новые и наиболее убедительные аргументы в пользу отсутствия в ядре электронов. Рассмотрим, например, азот (Я 7). Если бы ядро азота состояло нз 14 протонов и 7 электронов, то полный момент этих частиц. каждая из которых имеет спин Чз и число которых нечетно, был бы с необходимостью полуцелым, в то время как на самом деле он равен единице.
Наоборот, изотопы Сд, Нд и РЬ с нечетным А должны были бы содержать нечетное число электронов (так как 2 четное), и потому суммарное число частиц в ядре оказалось бы четным. Однако реально у них наблюдается полуцелый момент количества движения. С другой стороны, все эти факты полностью согласуются с гипотезой Гейзенберга о том, что ядра образованы из нейтронов и протонов, причем спин и тех и других равен '/з. Если считать, что ядро азота состоит из 7 протонов Таолияо б' Значения мехавичеекого момеят» 1, магнктиого момента р и влектрвчеекого киадрувоаьного момента а для некоторых ядер ям а~Р— 1,9125 2,7928 0,8565 ( — ) 2,131 0 0 0,00273 0 Н В Не 1,1 Ве В с Н О С1 Са 2 О 0,821 3,2532 — 1,176 2,686 0 0,701 0,403 7 8 9 17 0 1,368 — 0,1 — 0,1 3,6 1.6 5/2 5/2 5/2 1/2 3/2 1,2 2.5 3,9 0 0,5 Еа ТЬ 0,6 РЬ В! 16 и.
вера 1 1 2 3 4 6 7 9 11 12 13 14 15 16 19 35 63 65 111 113 На 112 1И 116 151 153 173 199 201 198 200 202 204 207 204 206 208 209 1/2 1/2 1 1/2 0 1 3/2 3/2 3/2 0 1/2 1/2 0 1/2 5/2 3/2 3/2 1/2 1/2 242 Ге. У11. Ядерная фаеиаз и 7 нейтронов, т. е. из 14 частиц, то полный момент его должен быть целым, как и свидетельствуют наблюдения. Так же обстоит дело и в случае Сб, Нп н РЬ и во всех других случаях. Существует и другой метод определения ядерного момента, использующий соотношения между интенсивностями в полосатых спектрах молекул (гл. 1Х, 5 3), однако здесь мы не станем касаться этих проблем. С вращением ядра связан также магнитный момент ц. Напрашивается предположение, что именно момент ц, порождая магнитное поле, приводит к деформации электронного облака атома, которая экспериментально проявляется как сверхтонкая структура: С втой точки зрения должна существовать возможность рассчитать смещение линий, зная р„и наоборот.
Таким способом удалось определить с помощью сравнительно простого математического расчета значения и для многих ядер, хотя точность метода и не очень высока. Наиболее важную роль играет магнитный момент протона Естественно думать; что он окажется в 1840 раз меньше магиетона Бора. Эта сразу же следует из соответствующей формулы после замены электронной массы ш на массу протона М. Таким образом, ядерный магнеток равен ев 4яМс ' В 1933 году Штерн исследовал эту проблемуспомощьюсвоего метода молекулярных пучков, усовершенствованного таким образом, что чувствительность-.
прибора- Штерна — Герлаха (гл. Ч1, $8) повысилась соответственно требованию эксперимента в колоссальное число раз. Опыт привел к обескураживающему результату — магнитный момент протона оказался почти в три рава больше, чем ожидалось. Раби и его сотрудники (начнная с 1936 г.) в значительной мере улучшили метод молекулярных пучков, скомбинировав,его с методом уже описанного нами магнитного резонанса (гл.
111, $2; см. также резонансный метод в применении к тонкой структуре Н-атома, гл. 111, $3). Идея состоит в том, чтобы воздействовать на ларморовскую прецессию ядра в магнитном поле посредством подобранной в резонанс электромагнитной волны. Для этого не нужен даже излучатель ультракоротких волн, так как по оптическим масштабам частоты ядерной прецесснй в полях разумной интенсивности чрезвычайно малы и находятся в диапазоне легко доступных электромагнитных колебаний. Прибор (фиг. 73) создает два неоднородных магнитных поля, которые последовательно отклоняют молекулярный пучок в противоположных направлениях; й д Момент количества двиз(самим и мавмпгмо(м момент 243 таким образом возникает своего рода фокусирующий эффект. Приблизительно в середине траектории пучка имеется также сильное постоянное магнитное поле, которое, собственно, и вызывает ларморовскую прецессию каждого ядра с частотой, зависящей от магнитного момента последнего.
В втой же области сосредоточено переменное поле. Если оно приходит в резонанс с прецессией одного из ядер, то возникает интенсивное взаимодействие, сталкивающее частицу с ее нормальной траектории. Изменяя либо постоянное магнитное поле при заданной частоте переменного поля, либо, наоборот, частоту при заданном поле, и Фаг. 73. Скпид опыта Раба Вмдетсмщне из источника р етемм проводит скаозе втолкую весле я и отчдоиамтск а неодвородмом воле Ло Лзитезсь по раздачами тремстораем (соответственно ид. скоростнх оии достнтемт мели коллммето(а С, прододзт через иее н затем омссоиемтсз з арртмвоволоио иом иаараидевпм меодиороднмм полем Ло таким зарезом, пучок фокучвоустса а ваирававатс» к приемнику А'.
За коллиматором С иа сидаков матаатпое поде йиадоммао переменное поле. Зели частота послелието и попзаеет и резонанс с чассстоа ларморовскоп ирепесснн в воле Н, то траактории атомов резко нзменввтса (аумктирвме лиани( и фоку- сировка иаруанстса. можно выявить все возможные разновидности ларморовской прецессии ядер: каждая разновидность обнаруживает себя в резком падении интенсивности атомного пучка. Таким способом можно с большой точностью определить число термов и расстояния между ними, т. е. ядерный механический момент у и магнитный момент (д. По отношению к протону измерения подтвердили результат Штерна; правильное значение оказалось равным 2,79 ядерного магнетона (Раби и сотрудники, 1939 г.).
Поэтому удовлетворительную теорию протона нельзя получить, просто подставив другую массу в уравнение Дирака. Альварецу и Блоху (1940 г.) удалось даже, используя мощное нейтронное излучение из циклотрона, измерить магнитный момент нейтрона. Поскольку большая проникающая способность нейтронов не позволяет применить метод отклонения узких пучков с помощью щели, Альварецу и Блоху пришлось довольствоваться более широким пучком, коллимированным кадмиевой трубой и защищенным от случайных нейтронов объемистыми кусками парафина.
Вместо отклонения использовалась «поляризация». Блох (1936 г.) обнаружил, что интенсивность нейтронного пучка, последовательно прошедшегодве параллельный ферромагнитные пластины,зависитотугла между направлениями намагниченности пластин. Поэтому также пластины мо1ут служить поляризатором и анализатором, точно так же, как призмы Николя в оптике. Если теперь в пространстве между пластиной-поляризатором н пластиной-анализатором совместить сильное постоянное магнитное поле со слабым переменным полем, то число прошедших нейтронов будет резко сокращатьсв в случаях, когда частота их ларморовской прецессии попадет в резонанс с переменным полем.
Недавно был найден способ получать еще большую степень поляризации нейтронных пучков, основанный на отражении нейтронов от листа намагниченного кобальта. Самые точные измерения (Арнольд и Робертс, 1946 г.) дали для магнитного момента нейтрона значение и — 1,91, где отрицательный знак указывает, что направления магнитного и механического моментов противоположны — наиболее интересный результат, свидетельствующий о безнадежности попыток объяснить свойства элементарных частиц на основе простых механических моделей.
Естественно думать, что магнитный момент дейтрона можно получить, складывая магнитные моменты протона и нейтрона; в самом деле, такая сумма 2,79+( — 1,91) 0,88 хорошо соглаеуется с экспериментально найденным значейием 0,86. Однако небольшое различие этих двух цифр все же существенно. Аддитивносгь моментов может иметь место. лишь в том случае„когда орбитальное движение. не дает вклада-в магнитный-момент:-Не.
значительное отклонение от аддитивности указывает поэтому, что существует относительное орбитальное движение двух куклонов, или, иначе говоря, что основное состояние дейтрона не может быть чистым з-состоянием (1 О), Мы вернемся к этому воп осу немного ниже. $ дерные моменты можно измерять также с помощью резонансных методов и на массивных образцах вещества; именно этими методами были реально получены наиболее точные значения магнитных моментов ядер. Перселл, Торри и Паунд (1946 г.) разработали метод, в котором поглощение энергий переменного магнитного поля ядрами, помещенными в постоян ное магнитное поле напряженностью в несколько тысяч гаусс, позволяет найти частоты ларморовской прецессии, а стало быть, и ядерный д'-фактор.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
