1626435893-691da8e1223766775fc277661dcb4565 (844331), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Закон дисперсии я-мезонов в среде дается выражением а~ =7с'+иь'+ П(а, lс), (10.23) где П (а, lс) — полярнзационный оператор, включающий все процессы поляризации среды (в вакууме П (а, к) = 0 и а'=)с'+и„', т. е. (10.23) трансформируется в уравнение движения свободного я-мезсна). Рассмотрение уравнения (10.23) показывает, чго при плотности нуклонов р выше некоторой критической р, в спектре пионов может появиться ветвь с аз<0, дающая растущее решение типа ьр ехр(ус), где у>0. Таким образом, ядерное вещество с плотностью р>ьол должно быть неустойчиво по отношению к образованию я -, я - н яо-мезонов.
Наглядно это можно себе представить как распад протона на нейтрон и я+-мезон, уносящий 1„= 1, нли распад нейтрона по аналогичной схеме: р- я+ я+; и-+р+ я (10.24) ' Медея А. Б. 71 Журн. этеперим. и теорет. фаз. 1971. Т.61. С. 2209 — 22л24. !30 Глава 11. Модели аеломиыл ядер Поскольку оба процесса сопровождаются переворотом спина и изоспина, то можно говорить о распространении в нуклонной среде спин-изоспииовой волны.
Детальное исследование показывает, что описанное нуклоннуклонное взаимодействие имеет характер притяжения, интенсивность которого растет с уменьшением расстояния между нуклонами, т. е. с ростом плотности ядерного вещества. Если это притяжение превзойдет отталкивание между нуклонами на малых расстояниях, то энергия нуклонной системы начнет уменьшаться и в принципе может возникнуть новое энергетически устойчивое фазовое состояние ядерного вещества с периодической спиновой структурой. Это состояние называют сверхплотным. С представлением о сверхплотных ядрах тесно связано еще одно новое понятие. Известно, что к-мезоны — бозоны. Поэтому неустойчивость сверхплотного ядерного вещества по отношению к образованию я-мезонов должна приводить к накоплению их в энергетически выгодном состоянии, т.
е. к образованию так называемого пионного конденсата. Взаимодействие я-конденсата с нуклонной средой приводит к изменению уравнения состояния ядерного вещества. В связи с этим очень важно исследовать свойства самого п-конденсата, т. е, (к — к)- взаимодействия в нуклонной среде. Исходными экспериментальными данными для построения теории к-конденсата в нуклонной среде являются вакуумные параметры яя-рассеяния, которые можно получить, изучая реакции типа я+И- я+к+Л1 (см.
~ 112, п. 6). Роль я-конденсата в образовании сверхплотной фазы ядерного вещества наглядно можно себе представить при помощи рис. 57. Обычное ядерное вещество, имеющее плотность ро, соответствует первому минимуму на этом рисунке. С увеличением плотности энергия быстро возрастает из-за отталкивания на малых расстояниях. Однако если плотность превышает критическую, то возникающий я-конденсат делает ядерное вещество более податливым по отношению к сжатию.
Начиная с р = р, рост энергии с плотностью замедляется (точка перегиба), а затем сменяется спадом. Рождение я-мезонов и дальнейший спад энергии будут продолжаться до тех пор, пока между я-мезонами не возникнет многочастичное отталкивание. В результате на кривой энергии должен появиться новый минимум, соответствующий сверхплотному состоянию с р>ро. Теоретические расчеты масс ядер нового типа приводят к двум возможностям: а) к существованию сверхплотных ядер с УаФ и примерно такими же А, как у обычных ядер; б) к 5' ДЬ Каяельиая модель ядра Р Рс Р Рис.
57 Рис. 58 существованию нейтронных ядер, т. е. ядер с М»У и А>10л (напрнмер, У !00 и А>104). Точность современных расчетов пока еще недостаточно высока для того, чтобы можно было указать значение критической плотности р,. По-видимому, она лежит в пределах 0 бро < р«2ро. Другими словами, не исключено, что обычная ядерная материя находится в сверхплотном состоянии.
Энергия сверхплотного состояния может быть как выше, так и ниже энергии нормального состояния. Поэтому в принципе могут осуществляться четыре различных варианта зависимости энергии от плотности, каждому из которых соответствуют свои, специфические особенности (рис. 58). Например, если р,> ро (что более вероятно, чем р,< ро), то в случае осуществления варианта а сверхплотные ядра должны быть нестабильны по отношению к переходу в обычное состояние, а в случае осуществления варианта б — наоборот. В восьмидесятые годы предпринимались экспериментальные попытки обнаружения сверхплотных ядер. Идея одного из опытов заключается в бомбардировке ядер тяжелыми ионами, ускоренными до релятивистских энергий.
В момент соударения можно ожидать появления сильного уплотнения нуклонов (двойка за счет перекрытия ядер плюс добавочное уплотнение за счет ударной волны, которая должна возникать, если скорость распространения волны превышает скорость звука в ядерном веществе ов0,2с). Такие опыты ставились в Беркли с ионами Аг, ускоренными до Е=1,62 ГэВ/нуклон. Глава и, Модели атомных ядер 332 Сверхплотные ядра предполагалось идентифицировать по аномально большим импульсам и регистрировать при помощи лексанового детектора. Опыты дали отрицательные результаты. В других опытах искали рассеяние назад протонов с Тон 800 МэВ от сверхплотных ядер (аналогия с рассеянием назад и-частиц в опытах Резерфорда).
В этих опытах получили в качестве верхней границы концентрацию сверхплотных ядер, равную 10 Делались попытки обнаружения сверхплотных ядер по аномально большой энергии присоединения нейтрона а„. Так, если а„) 140 МэВ, то в реакции захвата нейтрона могут рождаться яо-мезоны, которые легко обнаружить по у-квантам распада с энергией 70 МэВ (яо- 27). Эги опыты также не привели к успеху. Предположение о существовании сверхплотной фазы ядерного вещества требует дальнейшего развития капельной модели ядра. В частности, для уменьшения жесткости ядра с ростом плотности в полуэмпирическую формулу для энергии связи должен быть добавлен член вида а, ( р) А, учитывающий энергию, связанную с пионной конденсацией.
Этот член имеет обратную зависимость от плотности по сравнению с членом яя (р) А. 5 11. Модели независимых частиц 1. НЕДОСТАТКИ КАПЕЛЬНОЙ МОДЕЛИ В предыдущем параграфе рассказано о многочисленных достижениях капельной модели ядра. Эта модель дает приблизительно правильное представление о массе, энергии связи и других параметрах ядра, позволяет найти энергетические условия а- и р-'распада. На основе капельной модели можно получить правильное качественное представление о структуре распределения, спинах и четностях нескольких первых уровней в четно-четных ядрах, построить качественную теорию деления и др. Вместе с тем даже в пределах . того круга вопросов, который она описывает, модель не вполне последовательна.
В 5 10, п. 1 отмечено, что построить полуэмпирическую формулу для энергии связи и массы ядра, опираясь только на капельную модель, нельзя. Оказалось, что для правильного описания зависимости массы ядра от заряда У и массового числа А недостаточно трехчленной формулы, построенной по принципу аналогии между ядерным веществом и каплей 8 Ы.
Модели иезависимык частиц !33 жидкости, а требуется введение четвертого члена, учитывающего эффект симметрии, и пятого члена (Ь-члена), имеющего разный вид в зависимости от четности или нечетности числа иуклонов, содержащихся в ядре. По существу, введение этих членов в полуэмпирическую формулу является отступлением от капельной модели.
Не дает капельная модель количественного представления и о возбужденных состояниях ядра. Попытка согласовать частоту поверхностных волн жидкой капли из ядерного вещества с положениями уровней ядра не привела к успеху. Не может объяснить капельная модель и одного из основных свойств деления — его асимметрии. Кроме того, существует обширный круг вопросов, которые капельная модель совсем не затрагивает. Сюда относятся индивидуальные характеристики основных и возбужденных состояний ядер (энергии связи, спины, магнитные моменты и четности), некоторые особенности п- и В-распада, закономерности размещения ядер-изомеров среди других ядер, распространенность различных ядер в природе н др. Оказалось, что перечисленные выше и некоторые другие свойства весьма своеобразно зависят от числа нуклонов в ядре.
Это своеобразие заключается в периодичности изменения. Так, например, в з 5 показано, что все четно-четные ядра в основном состоянии имеют нулевые спины н магнитные моменты и обладают повышенной энергией связи. В 3 3 отмечена специфическая роль магических чисел нуклонов (2, 8, 20, 50, 82, 126).
Опыт показывает, что ядра с такими количествами протонов или нейтронов (м а г и ч е с к и е я д р а) особенно увт42йчивы (подробнее см. З 12). Наибольшей устойчивостью обладают так называемые дважды магические ядра, содержащие магическое число протонов н магическое число ней1рбнов (например 4Н02 16ОВ 40Са20 208Р6126) Отмеченная периодичность в изменении свойств атомных ядер в зависимости от числа содержащихся в них нуклонов напоминает периодическое изменение свойств атомов в зависимости от числа содержащихся в них электронов. Подобно магическим ядрам атомы, содержащие определенное число электронов (2, 10, 18, 36, 54, 86), являются особо устойчивыми (инертные газы).
Как известно, современная модель атома строится в предположении о независимом движении электронов в центральном потенциале. Поэтому можно предполагать, что перечисленную выше периодичность в свойствах ядер также удастся объяснить в модели независимых частиц, хотя сама идея использования этой модели для описания ядра, состоящего из сильновза- Глава П. владали аеюмяых ядер имодействующих нуклонов, на первый взгляд представляется спорной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
