1626435893-691da8e1223766775fc277661dcb4565 (844331), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Ферми, опирался на закон сохранения четности. На самом деле, как было показано теоретически в !956 г. и доказано экспериментально в 1957 г., в слабых 98 Гмиа 1. С»»йсе»а аиабилаимх ядер» ядерных аи взаимодействиях закон сохранения четности не выполняется, в связи с чем вскоре после этого открытия теория р-распада была пересмотрена (см. 8 18, п. 6 и 7). Замечательно, что первоначальный неправильный вариант теории прбсуществовал в течение почти четверти столетия, по существу, так и пе придя за это время в противоречие пи с одним из многочисленных экспериментов. Оказалось, что ии один из них ие был чувствителен к тем дополиительпым эффектам, которые следуют из правильной теории. Главные свойства атомного ядра — масса, структура уровией (и даже сам факт его существования) — определяются сильным взаимодействием, а процессы 7-переходов между уровнями— электромагнитным взаимодействием.
В обоих этих взаимодействиях четность сохраняется. Однако иуклоиы, из которых состоят ядра, участвуют пе только в сильном и электромагнитном, по и в слабом взаимодействии, в котором закон сохранения четности нарушается. Другими словами, межнуклоппый потенциал г' должен содержать слагаемое Р„,, „нарушающее четность. Поэтому в самом общем виде волновую функцию ф ядра можно записать в форме Ф=Ф .+РФ. (6.10) где второе слагаемое характеризует примесь состояния с противоположной четпостью Р» — Р» . Очевидно, что ф, записанная в форме (6.10), не у)1овлетворяет закону сохранения четности, так как Ф»= ~Ф...ТРФ...Ф ~Ф Регулярная часть волновой функции ф, описывает процессы, в которых четпость сохраняется, а йерегулярная ф,„»„— явления, связанные с ее нарушением.
Коэффициент служит мерой нарушения закона сохранения четности. В связи с малостью константы слабого взаимодействия козффициеит Р должен быть очень мал по сравнению с единицей. Приблил:ецио его можно оценить по размерности Р=я / Ясбз в!0 ', (6:11) где я„=1,4 1О»» эрг см'=1,4 10 з» Дж смз; Яв 10 "эрг с=10 '»Дж с; с=З 101~ ем/с; Ь 2 !О гз ем (Ь— расстояние между нуклопами в ядре). Теоретически величину Р получают исследованием потенциала, нарушающего четность 8'„, „„, методом теории возмущений. Экспериментальную оцеику коэффициента Р можно получить из опытов по сравнительному анализу вероятности г" Х Двяельанй в пав)рулааюией амзоирвческве мемемвм 99 протекания процессов, разрешенных и запрещенных законом сохранения четности.
В зависимости от характера этих опытов эффекты, обусловленные нарушением четности, могут быть либо порядка Г' (например, в а-распаде, см. 9 17, п. 6), либо порядка Г (в электромагнитных переходах, см. 9 19, и. 5). Ввиду исключительной малости Г эти опыты чрезвычайно трудны. Для их успеха необходимо выполнение специальных условий, например подавление процессов, разрешенных законом сохранения четности. В обычных условиях можно считать, что Г=О. Своеобразное .
проявление нарушения закона сохранения четности в силъных взаимодействиях наблюдалось в делении поляризованных тяжелых ядер (см. 953, п. 10). $7. Дипольный и квадрупольный элвктричвскив момвнты Одной из важнейших характернспп атомного ядра является его злектричеежий заряд У, который дает представление о числе протонов в ядре и величине кулоновского потенциала, а также определяет химические свойства элемента. Однако заряд Я не может дать полного представления об электрических характеристиках ядра, так как с его помощью нельзя ничего узнать о свойствах ядра, зависящих от распределения нуклонов в ядре. Заряд — это простейшая интегральная характеристика электрических свойств ядра. 1.
ДИПОЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МОМЕНТ ЯДРА Более сложной электрической х арак тернсппой является диполъный момент. Напомним, что электрическим диполем называется система нз двух равных зарядов е разного знака, находящихся на некотором расстоянии б. Диполъный момент такой системы равен с(=сб (рис. 43, а). Так как в ядре имеются протоны и нейтроны, т. е. частицы с зарядом +н и О, то в случае несовпадения центров инерции протонной и нейтронной «жидкостей» ядро будет обладать диполъным моментом зг=Усб, значение которого равно произведешпо заряда на расстояние между центрами инерции жи)постейе (рис.
43,б). е Диполь монет быть образован не только ю полозательного и отнпательного зарядов, но и ю полонигсльного (отрипательного) н пулевого. акая система, помезценная в электрическое поле, обладает свойством дипола ориентироваться по нвправлезпно поля (под действием пола пояолзппньиый заряд поворачивается относительно пеитра диполя). 100 Глава Х Свойства стабильных ядер и ядерных сил Точнее, проекцией днпольного момента И, на ось г называется интеграл вида И,=)грл(г)г)г, (7.1) где рк(г) — распределение заряда относительно центра инерции ядра, а с(г — элемент объема около точки г. Покажем, что дипольный момент ядер в основном состоянии равен нулю.
распределение заряда рк(г) можно представить в а) рнс. 43 Действительно, в виде ь Полученный результат очевиден также из того, что закон сохранения четности требует равномерного распределения протонов и нейтронов по обьему ядра, т. е. отсутствия сдвига всех протонов относительно всех нейтронов (так как в случае существования в ядре областей с преобладанием иуклонов одного вида 1щро оказалось бы несимметричным относительно операции зеркального отражения). Но отсутствие такого сдвига и означает равенство нулю дипольного электрического момента. О принципиальной возможности существования дипольного электрического момента, отличного от нуля, см.
5 7, п, 2. г рк (г) т "г,еРс(г), 1 где Р;(г) †вероятнос найти 1-й протон в точке г(х, у, г) (в элементе Иг около точки г). Эту вероятность можно выразить через волновую функцию рассматриваемого состояния системы чг(г„гз, ..., гк, ..., г„): Рг(г)=) Я(г„гз, ..., гл)1лг7гз, йз, ..., сггл. (7.3) Здесь интегрирование проводится по всем г„, кроме г;, которре приравнивается г. Отсюда Ыв = ,"1" ')егс9ф(гг гл)1 зсй, (7.4) 1=1 где сзт — элемент объема для всех координат гз, г„..., г,.
Но в соответствии с законом сохРанениЯ четности 11Р(г„..., гл)1з = =Ф( — гг -, -гл)~' и так как г — нечетная функция, по- дынтегральное выражение также является нечетной функцией, а интеграл обращается в нуль. Дипольные моменты ядер в стационарном состоянии равны нулюв. Полученный результат позволяет сделать два очевидных обобщения. 1. Заключение о равенстве нулю дипольного электрического момента справедливо не только для основного состояния ядра (которое всегда невырожденно), но н лля всех невырожденных возбужденных состояний. г Х Динольный и кеадрунольный электрические моменты 101 2. Сделанное заключение о дипольном электрическом моменте в полной мере справедливо для всех статических электрических моментов нечетного порядкаа. 2.
ДИПОЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МОМЕНТ НЕЙТРОНА Очень интересна проблема существования дипольного электрического момента у элементарных частиц. Предположим, что некоторая элементарная частица, например нейтрон, имеет дипольный электрический момент д. Этот момент д как квантовомеханическнй вектор может иметь только продольную проекцию на направление спина я (поперечная проекция усредняется). Поэтому направление вектора д должно совпадать с направлением вектора я: д=Ь.
(7.5) Если квантовомеханическая система обладает зеркальной симметрией, то при замене х, у, г на — х, — у, — г соотношение (7.5) должно сохраниться. Но д=ег, а г имеет размерность момента количества движения Поэтому д( — х, — у, — г)= — д(х, у, г); я( — х, — у, -г)=е(х, у, г), (7.6) и сохранение соотношешгя (7.5) требует, чтобы Е=О.
Это и означает, что из закона сохранения четности вытекает равенство нулю днпольного момента. Однако обратное наверно, потому что равенство /с=0 выполняется не только при соблюдении закона сохранения четности, но и при выполнении инвариантностн относительно обращения времени. Действительно, замена 1 на — 1 дает д( — 1)=д(г); я( — 1)= -я(г), (7.7) т.
е. если система обладает свойством г-инвариантности, то в (7.5) снова должно быть к=0. Таким образом, дипольиый электрический момент у кван. товомеханической системы может быть не равен нулю только при одновременном нарушении закона сохранения четности ь Аналогичное заключение монно сделать татке относительно всех статических магнитных моментов четного норадка.
Ю2 Глава й Сеойснма свмйвльнмх ядер и ядерных свх и инварнантностя относительно обращения времени. Это обстоятельство делает днпольный момент частиц (н сложных снстем) своеобразным «пробным камнем» для проверки 1- инварнантностн различных взанмодействнй. По величине й можно судить о степени нарушения г-ннвариантностн в том илн ином взаимодействии.
До 1964 г. считалось, что г-ннвариантность выполняется во всех взаимодействиях, в том числе и в слабом, для которого в 1957 г. было обнаружено нарушение закона сохранения четности. Это мнение находило свое подтверждение в экспериментах, выполненных с погрешностью меньше 1% (см. 8 18, п. 10, в н 9 118, п. 1). В 1964 г. обнаружено небольшое (0,1%) нарушение 1- инварнантностн в распаде Кз-мезонов (см. кн.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
