1626435893-691da8e1223766775fc277661dcb4565 (844331), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Такой ход зависимости До от л, (илн М) указывает на то, что большинство тяжелых ядер имеет сильно вытянутую форму, а ядра с л. или Ф, равными 2, 8, 20, (28), 50, 82, 126 (последнее — только для Ф), сферически-симметричны. Из характера изменения знака До можно заключить, что в интервале между двумя магическими числами ядра последовательно принимают следующую форму: еферически-симметричную, сплюснутую, сферически-симметричную, вытянутую, сильно вытянутую„вытянутую, сферически-симметричную (рис, 47). Обращают на себя внимание большие значения собственных квадрупольных моментов, которые для отдельных ядер в 1О— 20 раз превосходят квадраты их радиусов.
Это означает, что квадрупольные моменты ядра обусловлены коллективным движением многих нуклонов ядра (см. 8 13). Не менее важные добавочные сведения дает квадрупольный момент и о ядерных силах. Положительный квадрупольный момент дейтрона означает, что распределение заряда (а следовательно, и вообще ядерного вещества) в нем вытянуто вдоль оси, совпадающей с направлением спина дейтрона. Это указывает на. существование связи между осью дейтрона (линия, «проходящая» через протон О 0 0 0 О С7 С) Вяс. 47 юв Глава Х Свойства стабильных лдер и лдерных сил и ней трон) и сп ином. Другими словами, ядерные силы получаются максимальными и приводят к образованию связанной системы (дейтрона) только тогда, когда спины обоих нуклонов направлены вдоль его оси. Таким образом, ядерные силы в общем случае носят нецентральный характер, так как они зависят не только от расстояния между частицами, но и от взаимной ориентации спи нов и линии, на которой «расположены» частицы.
Взаимодействие такого рода называется т е н з о р н ы м. ф 8. Изотопический спин В з 3, п. 4 показано, что свойства ядер-изобар с данным массовым числом А заметно изменяются при изменении соотношения между числом содержащихся в них протонов Х и нейтронов У=А — У. Они имеют разные массы и энергии связи, у них разные электрические заряды и магнитные моменты, одни из них В-стабильны, другие 13-радиоактивны и т. п. На первый взгляд кажется, что перечисленные отличия ядер-изобар столь многочисленны и существенны, что между ними вообще нет ничего общего, кроме массового числа А.
Однако это неверно. Более детальное рассмотрение ядер-изобар показывает, что среди них существуют группы ядер со сходными ядерными характеристиками. Оказывается, в ряде случаев замена одного или нескольких протонов соответствующим количеством нейтронов приводит к изменению только слабых и электромагнитных свойств ядра, но не изменяет его главных свойств, обусловленных сильным ядерным взаимодействием. В качестве примера рассмотрим ядра ', Н и , 'Не. Они азличны по слабым свойствам: одно из них (',Н) В-радиоакивнб;"другое (,'Не) 13-стабильно. Их электромагнитные свойства также различны (электрические заряды соответственно рваны +1,и +2, а магнитные моменты +2,98пй и — 2,13)ьй).
Однако эти два ядра весьма похожи в смысле'своего отношения к сильному взаимодействию, которое определяет основную часть энергии связи ядра, Оказывается (как уже отмечено в 8 3, п. 2), разность энергии связи ядер зьН и ~зН, равная Л И'(зь Н) Л и'(хз Не) = 8,48 — 7,72 = 0,76 МэВ, полностью совпадает с энергией кулоновского отталкивания двух протонов в ядре 2зНе если принять, что они находятся на расстоянии г= 1,9 10 ' см (что разумно): 8 8. Иготоеичеееий, елин ег (4 8, 1О-го)г —,—— 0,76 МэВ. 'г~ г 1,9 1О-гз,16,10-е Таким образом, энергии связи обоих ядер, обусловленные только ядерным притяжением, одинаковы: х Вг(1Н) ~А(4г(гНе)1 Аналогичное заключение можно сделать н относительно других зеркальных ядер (А, У) и (А, А — 2), т.
е. таких, которые отличаются заменой всех протонов на нейтроны и наоборот. Опыт подтверждает это заключение не только для основного состояния (совпадение энергий связи после введения поправки на различие в кулоновской энергии), но и для возбужденных состояний. На рис. 48 изображена схема энергетических уровней двух зеркальных ядер зг1| и 4гВе, энергии основных состояний для которых сдвинуты относительно друг друга на ЛЕ= ЛУ,„, — Лгпр„ (8.1) где ЛУ„„„ †разнос кулоновских энергий для обоих ядер, а Лиㄠ†разнос масс нуклонов (пг„>пг,). Из рисунка видно, что спины и четности соответствующих уровней ролностью совпадают, а энергии очень близки.
Зеркальные ядра отличаются одно от другого тем, что все (р — р)-связи заменены (и — п)-связями, в то время как число (л — р)-связей остается неизменным. На рис. 49 схематически сравниваются два простейших зеркальных ядра гН и ~~Не. Из рисунка видно, что в ядре ',Н нет ни одной (р — р)-связи, имеются одна (и — л)-связь и две (и — р)-связи; в ядре же гзНе число (и — р)-связей по-прежнему равно двум, (л — и)-связей нет, но зато есть одна (р — р)-связь. Обнаруженное сходство в структуре уровней зеркальных ядер можно объяснить, если предположить тождественность ядерных элементарных (р — р)- и (и — и)-взаимодействий.
Это предположение называется гипотезой о зарядовой симметрии ядерных сил. Рассмотрение свойств зеркальных ядер позволяет установить сходство между ядерными (р — р)- и (л — л)-взаимодействиями, но оно не дает возможности сравнить их с (л — р)-взаимодействием. Для сравнения между собой всех трех типов (Ф— Л1)-взаимодействий (р — р, л — и и п — р) надо рассмотрегт' тройку ядер, каждое из которых отличается от другого только добавочной парой нуклонов разных типов. Из легких ядер такими свойствами обладают '~Ве, 'г~В и '~еС. по Глава У. Свойства стабильиьэх ядер и ядеряы» сал ,'Н О Рис. 49 ээНЭ О МЭВ МЭВ 11,1 10,8 — г/г- — 'В/г- Мэе 5,57 — г мэв 5,15 — 5/г- 7,5 — вв — 5/г- 7/г чб мэв 5,УФ г+ 7г 5/г- :)~:5/г- 7/г Ф,5 — 0 1,79 эвээяоэээо 0+ авса яэеяэээоя 0 ",Ве — 1+ .оээээээээл 5' 'в8 5 — 1/г 1/г- 090 095 77т777775/г 777777777 В/г- Рис.
48 Очень грубо каждое из этих ядер можно представить состоящим из общей для них группы 4р+4п и одной из пар нуклонов: и — л, и — Р, Р— Р. Рассгтждая примерно так же, как в случае с парой ядер ',Н и,Не, можно прийти к выводу, что в конечном итоге структура уровней каждого ядра (после введения поправок на различие в кулоно вской энергии и на разность масс нукл оно в) должна определяться особенностями конкретных типов (Ж вЂ” Ф)-взаимодействия.
При л — р=(р — р)„=л — л уровни всех трех ядер должны иметь сходные параметры. На рис. 50 изображена схема первых уровней ядер 4ЭВе, 'о,В и ",С. Из рисунка видно, что введение поправок на э) (/„э„-Ьэээя приводит к совмещению основных состояний ядер 'во Ве и 'в оС и второго возбуясденного состояния ядра 'аэ В. Эти три состояния имеют одинаковые момент и четность О+. Легко убедиться также в том, что третье возбужденное состояние ядра 'ЭВ отстоит от второго на энергию ОаЕ=5,(6 — 1,74=3,42 МэВ, которая близка к энергиям возбуждения двух других ядер (3,37 и 3,34 МэВ соответственно).
Эти три уровня также имеют одинаковые момент и четность 2+. Таким образом, сравнение структуры уровней тройки ядер 'овВе, 'оВ и '3С позволяет предположить, что все три типа элементарных взаимодействий нуклонов тождественны: (Р Р)аа — л 11 11 Р у 8. тхзотолическвй слил Предположение о такой расширенной симметрии ядерных сил (с включением в рассмотрение (и — р)-взаимодействия) называется гипотезой о зарядовой независимости ядерных сил. Заметим, что совпадение параметров основных состояний ядер '~~Ве и 'оаС с одним из возбужденных состояний ядра 'озВ не снижает ценности полУченного РезУльтата, так как специфические особенности возбужденного состояния (короткое время жизни из-за большой вероятности у-перехода в менее возбужденные состояния) определяются не сильным, а электромагнитным взаимодействием, которое не должно учитываться при рассмотрении особенностей проявления ядерных сил. Второе замечание, которое необходимо сделать, касается спиновой зависимости ядерных сил.
Известно, что нейтрон и протон с параллельно направленными спинами образуют ядро †дейтр, в то время как те же нейтрон и протон с противоположно направленными спинами не имеют связанного состояния (подробнее о синцовой зависимости ядерных сил см. 8 84, п. 2). Таким образом, свойства (У вЂ” У)-взаимодействия сильно зависят от взаимной ориентации спинов у взаимодействующих нуклонов. Отсюда следует, что при сравнении (п — и)-, (р — р)- и (и — р)-взаимодействий они должны рассматриваться в .одинаковых спиновых и пространственных (имеется в виду значение орбитального момента 1) состояниях.
Наконец, третье замечание касается экспериментального подтверждения гипотезы, о зарядовой независимости ядерных сил. Дело в том, что приведенное выше рассуждение о сравнении уровней ядер-изобар, строго говоря, не является прямым доказательством зарядовой независимости ядерных сил, так как в нем сопоставляются не элементарные процессы (Ф— Ф)-взаимодействий разных типов, а свойства сложных нуклонных систем. Непосредственное доказательство справедливости гипотезы о зарядовой независимости ядерных сил получено в прямых опытах по исследованию (р — р)- и (и — р)-рассеяннй (см. з 84, п. 5) и косвенных опытах по изучению (и — и)-рассеяния е [сравнение (и — р)-рассеяния с рассеянием нейтрона на дейтроне1.
Квантово-механическая обработка результатов этих опытов привела к заключению об одинаковом виде потенциальной ямы' для всех трех элементарных процессов. Итак, будем считать, что ядерные силы обладают свойством зарядовой независимости, т. е. что чисто ядерные ' (без ч Прямых опытов по изучению (и — л)-рассеяния поставнть нельзя нз-за отсутствия нейтронной мишени н всчречных нейтронных пучков.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
