1612725063-eb24d9660fd97b365f78091f0a818088 (828996), страница 49
Текст из файла (страница 49)
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.
Изучаемый образец окружается несколькимн витками спирали, которая создает осциллирующее магнитное поле меньше чем в один гаусс, перпендикулярное по стоянному полю. Либо частота переменкого, либо напряжен- 4 д Момвиг ковиивотва овавквиии и мавиигима момвиг 24$ ность Н постоянного поля может прн этом меняться (последнее, впрочем, удобнее). Резонансные частоты в этом случае определяются теми значениями Н, для которых наблюдается нанбольшее поглощение энергии осцнллнрующего поля. В аналогичном методе Блоха, Хансена н Паккарда (1946 г.) резонанс фиксируется по максимальному сигналу в регнстрнрующем витке, расположенном перпендикулярно как постоянному, так н переменному полю. Спнн н магнитный момент служат простейшими указаннямн на аннзотропню ядерной структуры.
Но существуют также й другие эффекты более высокого порядка, связанные с аннзотрапней. ЭтЬ легко понять, рассмотрев электростатический потенг цнал Ф, созданный пронзвольным распределением заряда нэ большом расстоянии г. В первом прнблнженнн Ф окажется к)(; лоновскнм потенциалом, пропорциональным 1/г. Но появятСя н члены высших порядков, пропорциональные Цгз, 1/гв, ..., тяй что для ядра с атомным номером к., обладающего акснальной симметрией, получится Ф(г, 6) и ~Е+ ~ Р,(соз 6)+~.~.Р~(соз 6)+ ...), где 6 — угол между радиус-вектором и направленнем спина, в Рь Рь ... — так называемые сферические функцнн (полнномы Лежандра).
Коэффициенты р, д, ... зависят от распределения заряда; р есть днпольный момейт, д — квадрупольный момент, В качестве иллюстрации представим себе ядро как равномернр Заряженный эллипсоид вращення„ось сймметрин которогб равна а, а другая ось — Ь. Тогда справедливо равенство и =-~Е(а' — Ьв).
2 Действие квадрупольного момента ядра было действнтельнр обнаружено; оно состоит в нарушении эквнднстантностн лнний сверхтонкой структуры (Шулер н Шмидт, 1935 г.). Этот эффек1 можно объяснить, предположив, что в энергню взаимодействия, кроме членов; пропорцнональных м сов(1,,/) (см. гл, 'Л, $2), входят также н члены с созе(1, /). Разумеется, такие члены можно извлечь нз приближений высшего порядка по магнитному моменту; прн этом, однако, множитель прн созз (1, д окажется пропорциональным )Р. На нзотопах элемента европня Еп'м н Епнв были проведены соответствующне измерения )в н множителя прн квадратичном члене; выяснилось, что пропорцнональность последнего удвоенной величине )кз не наблюдается. Возникшее расхождение можно объясннть влиянием квадрупольнргр момента. Непосредственное Га.
71Д Ядармаа лазика определение е провел Раби (1939 г.) с помощью своего магнито-резонансного метода молекулярных пучков. Было получено значение д 2,73 ° !О™ см', Оно свидетельствует об очень незначительной анизотропии. Действительно, нз последней формулы мы получаем для малых (а — Ь) и У=1 а — Ь 5 Ф 3.41 ° 10 ~ ООФ а 2 2аэ 3~10 3 где и положено приблизительно равным 3 ° 10-ээ см.
Несмотря иа малость втой величины, ее существование оказывается, как мы сейчас увидим, решающим для теории ядерных сил. 4 8. Лепгнрон и ядерные са аы Теперь нам предстоит рассмотреть те свойства ядер, которые зависят от их структуры — от того, как именно построены ядра из нуклонов и'с помощью каких сил. Следует, пожалуй, сделать впрок одно общее замечание. Тот факт, что мы берем на себясмелостьговоритьоструктуре ядра, целиком основан на убежденности, что составными частями ядра являются тяжелые частицы, а не электроны или позитроны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
