mukhin-fizika-elementarnykh-chastits (810757), страница 9
Текст из файла (страница 9)
х 30 (г)о ( Щ„,н, (84.14) Это различие еще раз указывает на спиновую зависимость ядерного взаимодействия, а также приводит к заключению об отрицательном знаке у ие„т. е. об отсутствии у синглетной ! (л — р)-системы связанного состояния. Для более количественных выводов необходимо дополнительное рассмотрение вопроса. В предыдущем рассмотрении мы по существу опирались только на о„'"'" при . малых Тт где работает приближение длины рассения (84.15) "с188О = — (э'ио.
Это пРиближение дает удовлетворительное совпадение с экспериментом при Т„<1 МэВ. Для более высоких энергий это приближение становится непригодным (о„. <а,„,„). В этом случае достаточно хорошим приближением является приближение эффективного радиуса )' с!8 80 ~ гэь ! 1 (84.16) ио 2 Эффективный радиус г„имеет физический смысл среднего расстояния между нейтроном и протоном в процессе их взаимодействия. Его величина не зависиэ от формы потенциальной ямы (но, конечно, зависит от ее глубины). Поэтому приближение эффективного радиуса можно применять для простейшего потенциала — прямоугольной ямы. В этом приближении вместо формулы (84.!О) для сечения. (л — р)-рассеяния при 1=0 теперь следует писать 44 Глава ХЛ'.
Нуклон-нуклонные взоимодеасныин лри низких энергилх «з = я з+ . (84,17) 3 1 7 2+ (еэ, из+ Формула (84.17) хорошо аппроксимирует экспериментальное сечение примерно до 10 МэВ. Интерпретация опытов по измерению о„',"," и д с помощью формулы (84.17) позволила получить следующие уточненные значения длин рассеяния и эффективных радиусов для три плетного и синтлетного (л — р)-взаимодействия: аов=5,43 10 "см; аов=-23,71 10 "см; 175.10-эз см г'о=(276+007),10-эз см.) 4. ТЕНЗОРНЫЕ И СПИН-ОРБИТАЛЬНЫЕ СИЛЫ Изучение рассеяния нейтронов на свободном и молекулярном водороде позволяет сделать важный вывод о спиновой зависимости ядерных сил.
Нейтрон и протон с параллельно направленными спинами взаимодействуют настолько сильно, что образуют связанное состояние с энергией связи 1т Л Ил=2,22 МэВ. При антипараллельных спинах нейтрон и про- тон взаимодействуют значительно слабее. В этом случае связанного состояния нет, а существует только виртуальное состояние (рис. 318, случай а соответствует более сильному взаимодействию, чем случай б). В связи с этим при описании ядерного взаимодействия мы уже не можем ограничиваться простым потенциалом )л(г), а должны ввести еще функцию спинов взаимодействующих частиц. Нетрудно видеть, что из двух векторов — спинов нуклонов — можно составить единственное скалярное выражение а„а„которое и должно быть использовано для характеристики взаимодействия между нейтроном и протоном (потенциал должен быть скалярным). Так как влияние спинов может быть различным на разных расстояниях, то выражение а„а должно входить в потенциал в комбинации с некоторой фуйкцией координат.
Таким образом, потенциал взаимодействия между нейтроном и протоном с учетом спиновой зависимости в общем виде записывается так: (л,(г)+)лэ(г)(ввз ). (84.19) При этом следует подчеркнуть, что вклад второго слагаемого в потенциал очень значителен, так как в зависимости 1 84. Нуклон-нуклонные езоимндейетнкич нри Т<20 Мэв 45 Вн Вн и Е) 8, д) РЕ В) б) н р а) Рис. ЗГВ Рис. 3!9 н На самом деле оба нуалона «размазаны» внутри деятрона таким образом, что плотность электрического варила по объему илра равномерна (см. $ 7).
ч* Нельзк брать (!и), так как это псевдоскалкр. от его величины глубина потенциальной ямы изменяется настолько, что реальная система превращается в виртуальную, Потенциал вида (84.19) лучше описывает взаимодействие между нейтроном и протоном, чем простой потенциал типа )г(г). Однако из-за того, что оба потенциала являются центральными, ни тот, ни другой не позволяет объяснить одно из существенных свойств ядерных сил.
В 8 82 мы говорили о том, что дейтрон обладает положительным квадрупольным моментом. Это означает, что распределение электрического заряда в дейтроне несимметрично и может быть представлено вытянутым вдоль спина дейтрона эллипсоидом вращения (рис. 3!9, а), Таким образом, направление спина в дейтроне 1„ связано с направлением его оси. Другими словами, ядерные силы нельзя считать центральными силами, так как взаимодействие определяется не только расстоянием между частицами, но и их расположением относительно направления спинов. (На схематическом* рисунке 319 случаю б соответствует более сильное взаимодействие, чем случаю в.) О силах такого типа говорят, что они имеют тензориый характер. Тензорный характер ядерного взаимодействия может быть описан, если в потенциальную функцию ввести третье слагаемое Кз (г) (в„в) (ярп), представляющее собой комбинацию функции координат ~',(г) и скалярной величины (в„н)(в„и), значение которой определяется проекциями спинов на направление единичного вектора н=г/г (т.
е. взаимным расположением оси дейтрона и их спинов)"'. Как было замечено в 8 80, существование спин-орбитальных сил для нуклонов ядра, возможно, указывает на то, что между двумя свободными нуклонами также действуют спин- орбитальные силы. К аналогичному заключению приводит наблюдение поляризационных явлений при рассеянии быстрых 46 Гяааа Х1К Нуклан-нукяанние азаииадгвгниия нуи нигкик энаргияя нуклонов, а также рассмотрение угловой зависимости сечения (р — )-рассеяния при больших энергиях (см. з 86, и.
5). пин-орбитальные силы можно учесть, если в потенциал ввести четвертое скалярное слагаемое )l (гиа!)', (84.20) которое равно нулю при малых энергиях нуклонов (когда 1=0) и растет с ростом энергии (точнее, с ростом 1). Таким образом, общий вид потенциала, описывающего взаимодействие между нейт роном и протоном с учетом спииовой и спин-орбитальной зависимости ядерных сил.и их тензорного характера, должен содержать по крайней мере четыре слагаемых: 1 (г)= 1га (г)+ )гг(г)(вгвг)+ )гз(г)(В1п)(азп)+ Уга(г)(а(), (84.21) каждое из которых является скал яром. Более того, при рассмотрении (л-р)-рассеяния при высоких энергиях обнаруживается новое, очень существенное свойство ядерных сил †обменный характер, объяснение которого требует удвоения числа слагаемых в потенциале (см. 8 86, п 3).
б. (р — р)-РАССЕЯНИЕ ПРИ МАЛЫХ ЭНЕРГИЯХ Из устойчивости ядер, состоящих из нейтронов и протонов (например, ядра ~зНе, содержащего два протона н два нейтрона), следует, что между протонами существуют ядерные силы притяжения, которые на малых расстояниях преобладают над кулоновским расгалкиванием. Взаимодействие между двумя протонами может быть изучено в опытах по (р-р)-рассеянию.
Идея таких опытов заключается в обнаружении отклонения экспериментального значения сечения от теоретически рассчитанного для кулоновских сил. Ввиду сравнительной простоты получения моноэнергетических протонов опыты по (р — р)-рассеянию проще опытов по (л-р)-рассеянию. Другой особенностью этих опытов является отмеченная в э 24, п. 3 неотличимосгь рассеянного протона от протона отдачи, вследствие чего результат в с.ц.и.
всегда получается симметричным относительно 90' (см. рис. 336). Первые опыты по изучению (р — р)-рассеяния при малых энергиях были поставлены в 1936 г. Тювом и др. В работе использовались генератор Ван-де-Граафа и высоковольтная трубка, с помощью которых протоны ускорялись до энергии 0,6 и 0,9 МэВ. Измерение числа протонов, рассеянных на 45', показало значительное отклонение от формулы Мотта (см.
э" ВЕ. Оуклон-нуклэнэные вэоимодействил нуи Т<20 оээВ 47 г ниэкев 4В, В й,в а,в т,мэв Рис. 320 Рис. 32! 2 24), описывающей кулоновское взаимодействие двух протонов (рис. 320). Это указывает на наличие дополнительного (кроме кулоновского) взаимодействия между протонами. Систематическое изучение (р-р)-рассеяния при различных энергиях проводили 'Тюв и др. (0,2 — 0,85 МэВ) и Херб и др. (0,85-2,4 МэВ). В работах использовались аналогичные устройства (рис.
321). Пучок ускоренных в высоковольтной трубке протонов р вводился через тонкое ыпоминиевое окошко О, в камеру рассеяния КР, заполненную газообразным водородом, и коллимировался системой диафрагм Д,. Рассеянные протоны регистрировались ионизационной камерой ИК, которая могла быть установлена под различными углами 0 к направлению падающего пучка.
Объем газа (на рисунке заштрихован), в котором происходит рассеяние частиц, попадающих в и онизационную камеру, можно рассчитать, исходя из размеров и расположения коллиматора и входных диафрагм Д, иоиизационной камеры, Интенсивность падающего пучка определялась либо с помощью специальной ионизационной камеры, регистрирующей протоны, рассеянные под углом 0 = 45', либо с помощью цилиндра Фарадея, поставленного на пути пучка (за выходным окошком 0,) и измеряющего полный протонный ток. Знание интенсивности первичного пучка, числа рассеивающих ядер (объем и давление 'газа, в котором происходит рассеяние) и количества зарегистрированных случаев рассеяния позволяет вычислить сечение (р — р)-рассеяния.
В результате вычислений были получены кривые зависимости экспериментального сечения (р — Р)рассеяния от угла рассеяния (при данной энергии падающих протонов) и от 48 Глава Х1Ь'. Н>имия-вузстииые вэисмгидеаствач яри тлкил эиерги.вл л=~Ф 1 бр, Рг=Рв ЬР, ') д Р,г О,гв О,Ы Т, МЗВ Рис. 322 — к- с Ру'Рв Рл Рис. 323 в угол рассеания Овчар/Р, где ЬР— изменение импульса в Результате взаимодействия; ЬР выражается через силу Е и время взаимолействия т. Если 3г — кулоновскаа сила, то ЬР=Гт=ез2ру(рзи). Тогла Е=2еу(рир)=е у(ТР), Отсюда следует, что при а сапы т-1!Р.
а пРи Т=сопзг 0- Пр. в* Очевидно, что если бы ядерные силы носили карактер отталкивания, то кривая на рнс. 322 монотонно полнималась оы с Ростом энергии. энергии (для рассеяния под заданным углом), При этом оказалось, что обе экспериментальные кривые сильно отличаются от кривых, рассчитанных по формуле Мотта (за исключением области малых углов и малых энергий). На рис.
322 и в табл. 35 сравнивается экспериментальное сечение (Р— Р)-рассеяния под углом 45" с теоретическим, вычисленным по формуле Мотта (прн различных энергиях падающих протонов). Из рис. 322 видно, что экспериментальное значение числа рассеянных протонов совпадает с рассчитанным по формуле Мотта в области 1 (Т„<0,1 МэВ), значительно меньше рассчитанного в области 11 (0,1 <Т <0,65 МэВ) и сильно превышает его в области П1 (Те)0,65 МэВ).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
