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[建议] 原子核物理

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发表于 2013-1-20 09:47:55 | 显示全部楼层 |阅读模式
1950年,关于核结构有两个大的理论:液滴模型与壳层模型。两者都很成功,但成功是局限的,因为它们各不能说明一定实验资料。即使去掉一些简化假设,把模型发展成一些更复杂的版本,仍有些理论说明不了的问题。此外,两个模型是互相矛盾的:一个把核视为一个总体系统;另一个把核视为独立的。这是物理学的一种经典的情况。

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yz425249014 + 1 我欲封天 www.wbiquge.com/0_1/

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 楼主| 发表于 2013-1-21 11:14:19 | 显示全部楼层

动力学对称性

前面讨论的量子系统的旋转和平移对称性均称为几何对称性。描述几何对称性的对称群的元素是这样的一些算符,在它们的作用下,量子系统的动能和势能分别保持不变。但有些量子系统,除了具有几何对称性外,还存在另外一些算符,它们同时变换坐标和动量,致使哈密顿算符作为整体保持不变。这是一种比几何对称性更高的对称性,称为动力学对称性,因为它来源于系统的动力学行为,涉及系统的各部分之间相互作用的具体形式。描述系统动力学对称性的群也是对称群,称为动力学对称群,它把描述几何对称性的对称群作为一个子群。研究动力学对称性的优点在于不需要对研究对象作精细的了解,只需要肯定其对称性的存在就够了,而所得到的结果却是普遍的、丰富的。
近年来,动力学对称性的研究发展很快,已经推广到实际物理系统,这是有深刻原因的。一方面,近年来实验技术发展迅速,积累了大量的实验数据,研究动力学对称性可以对这些实验结果提供理论解释,加深对它们的理解。另一方面,研究对称性的强有力的数学工具,如群论、李代数、李超代数及一些非线性代数等已经发展得相当完善了,为研究动力学对称性、动力学超对称性、非线性动力学对称性提供了必要的、有效的工具。
这里先以一个比较熟悉的氢原子为例,来说明动力学对称性的概念和应用它求解本征值问题的思路,然后介绍基于动力学对称性的原子核结构代数模型。

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 楼主| 发表于 2013-1-21 11:28:08 | 显示全部楼层
如果物理系统的可观测量的本征值谱出现简并,就预示着该系统具有某种对称性,而且描述该对称性的对称群的不可约表示的维数就是系统能级的简并度。氢原子中电子的运动属于中心力场问题,不考虑自旋,其哈密顿量为H,其中μ和e分别为电子有效质量和电荷,r为电子与核的距离。由上节的结论可以立即知道,氢原子具有SO(3)对称性,因而能级的简并度为2l+1。但精确求解氢原子的薛定谔方程却发现,能级的实际简并度为n平方(其中n是主量子数,对给定的n, l的取值为0, 1, 2, …, n – 1),要高于SO(3)对称性所提供的简度度,这说明,氢原子应具有比SO(3)对称性更高的一种对称性。
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图19.7 经典粒子绕势场的力心O的运动轨迹 (a) 一般的球对称势;(b) 库仑势
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 楼主| 发表于 2013-1-21 11:31:34 | 显示全部楼层

氢原子的动力学对称性

经典力学已经证明:势函数的球对称性可以保证粒子的轨道位于一平面内,但并不能保证轨道是闭合的(见图19.7)。在形如库仑势V(r)~-1/r中运动的准经典粒子的轨道是一个闭合的椭圆,引力中心位于一个焦点上(见图19.7)。这表明,该系统除了角动量外,还存在另一个守恒量,它就是著名的拉普拉斯-龙格-塄次(LRL)矢量。
回到氢原子,考虑到力学量算符的厄米性,与经典LRL量对应的算符为Ŕ,利用坐标r和动量算符的对易关系,可以得到Ŕ、L和哈密顿量之间满足的关系;还可以证明,算符L和Ŕ都与H对易,即[L,H]=0,[Ŕ,H]=0,所以轨道角动量和LRL量都是守恒量。这六个算符(L和Ŕ各有三个分量)可以生成一些幺正变换,它们的集合构成氢原子的哈密顿对称群,即在群元素(幺正变换)的作用下,系统的哈密顿量保持不变。如何确定对称群呢?实际上,若从代数的角度出发,这个问题就容易解决。
经过简单的计算,角动量算符L的三个分量在对易关系下是封闭的,它们构成SO(3)的李代数。继续计算Ŕ的三个分量间以及它们与L的三个分量间的对易关系,这六个算符并不构成一闭合的代数,因为在Ŕ的三个分量的对易关系中出现了另外的算符,即哈密顿量H。虽然H是厄米的,但非正定的,因为它可能有正的、零或负的本征值。所以,为了把对易关系式纳入李代数的框架,就必须假设所允许作用的空间只是能量的本征空间。只有满足假设所要求的这个条件,才能重新标度LRL量。

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wozai598 + 1 西瓜影音 www.lefengtv.com

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 楼主| 发表于 2013-1-21 11:47:26 | 显示全部楼层

引力与核力的对偶性

上述方法被泡利在1926年用来计算氢原子的能级。这里,我们想强调一下引力与核力之间的对偶性。当地球和月亮相遇时,她们之间会感应出自旋,这个自旋带有同位旋的性质,可以表示为s×L,同时地球和月亮的同位旋大小相同、方向相反(也即轴矢量的正、负能态配对),因此月亮可以表示为–L×s。为了量子力学地处理引力,我们必须用算符代替经典函数,这对r, s和L很容易做到。地球和月亮的矢量乘积s×L和–L×s不是恒等的,因为L和s的分量不对易。
因此用算符代替函数得到的表达式不是厄密的,于是我们重新定义为对称化的表达式。可以看出经过与泡利方法类似的对称化手续,地球和月亮的波函数为ψψ*,也就是说,你要将地球和月亮看成一个整体,是同一个波函数的厄密共轭部分。怎样证明我们的论述是正确的呢?IBM模型可以。
原子核是一个很复杂的多体系统,描述核子间相互运动的势函数至今未能给出明晰的表达式。但实验上发现,原子核的能谱显示出一定的规律性,这表明原子核内核子的运动具有某种对称性。20世纪70年代末,F. Iachello和A. Arima基于动力学对称性,提出了一种描述原子核集体运动的代数模型,称为相互作用玻色子模型,简称IBM(Interacting Boson Model)。
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 楼主| 发表于 2013-1-22 11:50:18 | 显示全部楼层

原子核物理

原子核是物质结构的一个层次。它介于原子与粒子之间,是由质子和中子(统称核子)组成的非相对论量子多体体系,展现出其独具的特点。随核内质子数的改变,元素的化学性质随之改变从而产生不同的物质。核子是由三个夸克构成的体系,因此原子核的运动与作用规律又反映了比核子更深层次(介子、夸克等)的规律。图1.1以高度简化的形式表明原子核的物质结构“链”上所处的地位。
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图1.1 亚原子世界高度简化图
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 楼主| 发表于 2013-1-22 11:51:06 | 显示全部楼层

原子核物理

原子核物理研究的基本问题包括:核是怎样构成的?核的“版图”是怎样的?核内核子间的相互作用及其表现形式是怎样的?核的转化规律是怎样的?等等。几十年来研究原子核的实验方法主要是通过核反应。用某种探针(某种粒子或核素)与核相互作用,观察探针运动随动量转移的分布规律以观察探针与核整体相互作用势;同时研究原子核从探针得到能量转移被激发后所处状态的变化,测量核激发能在耗散时所发射的粒子、辐射或核碎块的能量、动量分布及它们之间的关联以了解核内核子或核子集团之间的相互作用。
几十年来利用具有不同能量分辨率的不同能量的各种探针,尤其是60年代后重离子探针的应用,使我们获得了对原子核极丰富与精妙的了解。通过各种入射探针引起的核反应差不多每个以发现几十个新核素的速度在扩展我们对核“版图”的认识。迄今已知存在约2600种核素,但还只占理论预计值的40%。对于核的结构及其运动规律的了解是“多侧面”的。它既具有“独立”核子在由其它核子构成的平均场中运动的性质,而又突出地具有核子间有强耦合的集体运动性质;它既是一个由核子构成的非相对论量子多体体系,而又反映介子、重子乃至夸克自由度的复杂介质;它既是一个有一定量子数的有序物质状态,而又表现出明显的统计性及在一定条件下具有量子混沌的行为。因此无法用简单、单一的描述来说明原子核这个体系的性质及其运动规律。这正是原子核物理研究深入与发展的切入点。也正由于其复杂性与多侧面的丰富内涵,原子核物理学在20世纪成为一门长盛不衰的前沿学科并将继续在21世纪处于前沿地位。

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 楼主| 发表于 2013-1-22 11:51:42 | 显示全部楼层

原子核物理

自从1896年Becqeurel发现天然放射性现象迄今近百年来,对原子核的研究大体可以分成三个阶段。
从1896年到1932年是认为原子核的基本现象并确立原子核物理作为一门新兴学科的阶段。这阶段中重要的发现及进展有:天然放射性现象的发现;放射性元素的发现;原子核衰变现象及衰变指数规律的确立;原子的有核模型的确立——原子核存在的实验证据;人工核反应中发现原子核内存在质子、中微子假设等。1932年发现中子,随后提出原子核是由质子与中子依靠一种短程的强相互作用力维系的一个非相对论量子多体体系的结构图像。这一认识的飞跃可以看作是这个阶段的总结。早在1919年Rutherford在核反应中发现质子后,1920年他曾设想,既然重原子核能与电子形成紧密的复合状态,则单个质子也可能与电子构成一个特殊的中性粒子,质量与质子大致相同,这个中性粒子与质子一起构建原子核。正是由于Rutherford学派这一思想才使Chadwick在重新研究Bethe与Becker及Joliot-Curie与Curie等人关于在α+Be核反应中产生高能中性辐射的实验时把思路从γ射线转向“有质量”的中性射线,从而发现了中子。为原子核物理研究的发展树立了一个里程碑。

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 楼主| 发表于 2013-1-22 11:52:41 | 显示全部楼层

原子核物理

从中子的发现到50年代中期是确定原子核基本性质、初步了解核作用基本规律的阶段。这阶段中重要的进展大体可归纳为:
(1) 人工放射性核素的发现扩大了对核“版图”的了解。
(2) 自然界四种基本相互作用力的确认。核力的介子理论确立了短程强相互作用的基本框架;β衰变理论确立了一种新的相互作用——弱相互作用。连同原已熟知的引力作用和电磁相互作用构成了自然界存在的四种基本相互作用。除引力作用强度太小外,原子核则是研究强、弱、电磁三种相互作用的最“完备”的实验室。
(3) 中子共振现象的发现导致了核反应复合核概念的建立,建立了原子核液滴模型。1938年核裂变现象的发现为复合核概念及液滴模型提供了强有力的支持。于是一些统计的概念——诸如温度、蒸发等被广泛地应用于核现象。这些概念的基础在于认定核子在核内运动的自由程比核半径短得多。
(4) 原子核独立粒子模型的建立。通过对原子核结合能及天然核素丰度的系统分析揭示了原子核的“幻数”规律,导致建立核的壳模型——核子在一平均场中运动。附后对快中子在重原子核上全截面的系统分析,在50年代初提出了核反应的光学模型——核子碰撞自由程大于核半径。同时以氘核消裂反应为代表的带电轻粒子直接反应的研究支持了独立粒子模型。核结构壳模型为核物理研究的深入发展奠定了基础。

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 楼主| 发表于 2013-1-22 11:53:45 | 显示全部楼层

原子核物理

原子核反应的复合统计理论以及光学模型、直接反应理论是以核子在核内作用自由程短于或长于核半径为界点的。统一这对矛盾,成为从50年代后期到70年代初期核物理研究一个很重要的内容。
中微子假设解开了在20年代出现的“核衰变中能量是否守恒”的猜疑,但中微子既无电荷又只参与弱相互作用,从实验上证实其存在成为30、40年代许多实验核物理学家面临的一个重要而困难的课题。通过10年的努力,王淦昌教授的思想终得验证,这是中微子物理发展史中一个重要进展。随后在1957年通过复杂的大型探测器,用反中微子的反β衰变过程确认了飞行的“自由”中微子。
在这个时期内实验装置及仪器与方法的进步是惊人的。从低能量的高压倍加器、静电加速器、回旋加速器、直线加速器到由于自动稳相原理的发现而建设的高能加速器大大地拓展了探针的能量范围。闪烁探测器、核乳胶的发明和气体电离粒子探测器的发展使对核反应产生的测量与分析得到“质”的改变。这些进步为核物理研究提供了广阔的新视野。
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 楼主| 发表于 2013-1-22 11:54:40 | 显示全部楼层

原子核物理

从50年代后期到80年代中期是核物理研究向深度与广度发展的阶段,从而多侧面地认识核的本质。应该特别强调各种能量的重离子加速器和GeV级中能加速器提供的“连续”电子束等探针所起的重要作用。利用这些探针研究原子核不仅丰富了对核本质的了解,而且为核物理研究的发展开辟了前沿方向。这阶段重要的进展可归纳为:
(1) 核“版图”:在液滴模型的基础上所作的壳结构的修正,给出了裂变势垒的双峰结构,不仅解释了在60年代中发现的裂变同质异能态及中子裂变截面的中间结构,并预言了存在Z=114及126, N=184处稳定的“超重核区”。为寻找超重核素,许多实验室进行了多方努力,德国GSI实验室在近10多年内陆续发现了Z=109、107、110、111、112核素是迄今最成功的探索。此外,中、高能重离子碎裂反应及质量转移反应中生成的远离β稳定线核素大大扩展了核版图。从20世纪70年代以来,对于不稳定核的研究已成为一特殊系列的国际专题会议的议题。
(2) 核结构:从对原子核低激发态具有核振动及转动性质的分析提出原子核的集体运动模型,解释了为壳模型所不能描述的核性质。在些基础上发展了核子在核内单粒子运动与集体运动相耦合的综合模型。发现及引入核子对关联使核结构模型更为精细。相互作用玻色子模型(IBM)成功地解释了核的低激发态性质,而且自然地说明了从球形核向变形核的过渡,把核的振动、转动及γ振动以U(6)群对称性为基础统一起来。在IBM理论发展过程中高分辨的热中子(n, γ)俘获谱学发挥了极大的作用, 铒168在<2.5MeV能区20个转动带的能级图是一个极漂亮的例子。这两个模型与壳模型一起是现在在核子自由度上研究核结构的基本框架。
(3) 核的激发模式:随着60年代开始对电偶极巨共振的系统研究,利用各种探针通过非弹性散射及电荷交换反应陆续发现各种多极性的巨共振。其中Gamow-Teller巨共振强度“缺损”问题导致在低能核现象中介子自由度乃至核子夸克结构的作用问题的研究。现在对巨共振的研究已从研究建立在核基态上的激发扩展到研究建立在激发态、高温转动核的巨共振及对多声子巨共振激发的研究。
(4) 核反应理论的发展:建立了介于直接反应与复合核反应两种极端情况之间的中间过程反应机制,例如门态(Doorway)及预平衡发射反应机制。从核子-核子二体相互作用的概念出发描写核反应过程并给出了某些定量的描述。
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 楼主| 发表于 2013-1-22 11:55:27 | 显示全部楼层

原子核物理

如果说这四项基本是沿着在第二阶段核研究的深入与拓展,则下述三项是由于新探针的应用导致对核的“新”侧面的认识。
(5) 高自旋态谱学及核的超形变:重离子核反应与轻离子(粒子)核反应的不同之处在于前一过程中有大角动量及质量(电荷)转移,使剩余核处于为以往未曾了解的特殊运动或构成状态。原子核高自旋态谱学是一个突出的例子。它扩展了核运动角动量自由度的范围可达60—70ħ,并发现了一系列在高速集体转动核内核子间新的运动状态——以核子拆对使角动量顺排为特征的核转动惯量随核转动频率变化规律中的“回弯”现象作为例子。随着核形变长短轴比为2:1的超形变核态的发现,超形变核谱学的研究及寻找形变轴比为3:1的巨超形变核态成为当前高自旋态核谱学的前沿课题。
(6) 重离子核反应:随着入射重离子能量及碰撞参数的不同,重离子核反应呈现出非常丰富的图像,例如,从低能区(<10MeV/A)的中心碰撞导致熔合——裂变,中能区(几十MeV/A)的碎裂、多重碎裂反应到高能区(~GeV/A)中心碰撞中人集体流现象等等,每一个反应过程中都各具特点地反映出重离子碰撞中的质量转移规律。
(7) 亚核子自由度:中能电子及π介子核反应研究中都明确表示了介子自由度在核物质内的重要性,在若干低能现象中也必须考虑核场介子(或Δ粒子)的传播。以核子的夸克结构为基础,在不同能区、不同动量转移范围内研究核现象的统一性及特殊性是亚核子自由度研究中的中心课题。
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 楼主| 发表于 2013-1-27 11:54:00 | 显示全部楼层

原子核物理

我们可以归结为在这一阶段的进展所开拓核物理研究发展的新领域如图1.2所示。核物理将沿着激发能(核温度或核密度)、核自旋及核同位旋三个自由度深入展开,定将产生核物理研究许多新的前沿领域。
temp.JPG
1.2 当前由于新加速器、多探测器阵列和奇异束的获得,核物理在三维空间(激发能、温度或密度,自旋和同位旋)中扩展的示意图。指出一些有待研究的现象,如建立在基态和激发态上的巨共振、在热稠密物质中核子和介子的介质效应,奇异衰变、正常形变、超形变和巨超形变态,从有序到混沌的过渡,软巨偶极共振与“中子晕()”核等。
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 楼主| 发表于 2013-1-29 08:01:53 | 显示全部楼层

原子核物理

核物理研究前沿的主题有:核结构;核物理与强子物质的特性;夸克-胶子等离子体;用强子束的强相互作用物理;用电子束的核物理;用原子核作为基本相互作用的实验室。这些普遍的课题基本上覆盖了现代核物理的全部领域,且将极大地激励着今后若干年内出现的重大发展。首先我们看核物理在以下三个自由度上的扩展。
(1) 激发能(核温度或核密度)自由度:沿激发能自由度可以在低温和正常密度直到热的稠密物质下研究核激发,图1.2中列出巨共振以上的课题都是极有兴趣的。过去相当长的时间核物理研究是在低激发能条件下进行的。随着中、高能加速器的建成,以更高能量的重离子束去获得高温、高激发能的原子核及核物质成为可能,为人们开辟了一个崭新的研究领域。理论预言,随着温度或密度的增加,原子核不仅会发生液-气相变,形成强子物质,出现亚核子(如重子和夸克)的介质效应(EMC效应),以及最终可能存在夸克-胶子等离子体。
(2) 自旋自由度:通过库仑激发和核激发能够转动原子核,带进很高的角动量。近十年来,在自旋维度上开展的高自旋态核结构研究获得迅速进步,已成为核物理研究活跃领域之一。迄今,在原子核中观察和研究的最高自旋分立态已达60—70ħ。对超形变核性质及最近获得铕143超形变带退激馋馈入正常带的连接跃迁的研究,大大丰富了人们关于原子核结构的知识。从图1.2可见,人们研究范围可从正常形变经超形变到未知的巨超形变的核形状,以及建立在激发态的巨共振和从有序过渡到混沌的新现象。
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 楼主| 发表于 2013-1-29 08:04:59 | 显示全部楼层

原子核物理

(3) 同位旋自由度:多年来传统核物理的理论是在研究稳定线附近的原子核的基础上建立的。当核物理实验和理论的研究在核素图上从稳定线扩展到滴线核,这在空前的尺度上得到开拓和深化。近年来,对丰中子和丰质子核进行谱学研究,发现了一些全新的物理现象,如新的壳模型幻数、新的奇异衰变方式、新的形变区等。在这个尚待开发的前沿领域,原子核呈现晕结构或在核表层出现核子过剩。众所周知的锂11晕中子核,晕中子对核芯锂9作集体振动,带来新一类软电偶极巨共振模式。对锡100、锡132双满壳核的谱学和一批核天体物理感兴趣的奇异核的谱学和反应截面的研究,特别是超重核的合成和鉴别在今后一个时期将是核物理在同位旋自由度上研究的焦点。

核物理在三维自由度上的扩展强烈依赖于加速器(提供从轻粒子到最重离子、从最低能量到最高能量的高品质束流)和合适的探测器。在图1.2中,自旋-同位旋平面将以γ射线多探测器与奇异离子束的恰当组合最有效。我们在上述核物理研究的主题中选择若干,作进一步的说明。
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 楼主| 发表于 2013-2-2 09:21:26 | 显示全部楼层

原子核物理

1.        核结构
过去核结构物理主要涉及在低激发能和低角动量研究稳定核的特性。发现了许多现象,作了系统的研究,但是用一些特定的模型,如微观单粒子壳模型、宏观集体液滴模型或精致的其它模型都不能全部说明。随着技术的日益完善,即使在这个能区、角动量和同位旋区域,还继续发现一些出乎意料的惊人现象。这些新现象的出现或系统学的建立,经常导致描写它们的新概念和模型的发展。
近年来发现重核新的奇异重粒子自发发射是一个例子。发射粒子质量在α粒子与裂变碎块之间。这些结果能够用超流质子和中子在多维形状变形空间的量子穿透来定量了解。最近测量镭223发射碳14的能谱的精细结构表明,衰变到剩余核基态比衰变到激发态受到更强烈阻碍。在没有考虑核系统多体关联效应下,这与基态势垒穿透计算预期相反。这个事实说明核结构效应的重要性。这类测量对评估响应这类奇异衰变机制是重要的。另一个例子是IBM模型,它是一个特别适合于描述球形与变形核低伏集体激发模式的新模型。在该模型中价核子被处理为关联对。这些集体态的特性用一个相互作用s-玻色子和d-玻色子的系统来计算。它以系统方式在描写许多低伏集体态获得十分成功,而在纯微观壳模型作这类计算就太复杂了。又如在核子对之间短距离关联效应被隐藏在平均场有效核子-核子唯象势中。短程动力学招致费米面的模糊,且增强波函数的高角动量成分。迄今,这个效应只在单质子谱测量中看到。像进行(e, e’nn)这类直接测量将揭示核子-核子关联,运用能量约1GeV连续束电子加速器是有用的。
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 楼主| 发表于 2013-2-3 09:04:10 | 显示全部楼层

高角动量原子核

高角动量原子核:许多原子核基态特性与壳模型是一致的,在该模型中核子在禁闭平均势中作相互独立运动。基于对一个组成成分通过有效核子-核子相互作用的系统解薛定谔方程来精确描写这种运动。在若干情况这些解显示初始哈密顿的对称性。但是,有多种情况这里最低结构被畸变,破坏了初始哈密顿的对称性。这是自发对称破缺的现象,它建立在原子核集体行为的基础上。
实验上能够研究这类效应,例如在转动核中。用重离子熔合反应可以产生直到稳定限附近的快速转动核。利用有(或没有)附属带电粒子探测系统的高分辨γ探测器阵列可以详细研究它们的性质。
钍222, 223八极形变核提供破坏反射对称(宇称)和转动不变的一个典型例子。由于这种核没有反射对称性,就有双倍数目的能态加到转动带里,这些转动带联结两种宇称的能级,这是“宇称二重化”带结构的漂亮例子。
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 楼主| 发表于 2013-2-8 10:19:45 | 显示全部楼层

高角动量原子核

自1986年发现超形变以来,已在A~80,130—140, ~150和~190区的原子核中观察到超形变核。在超形变转动带中各激发态之间的电磁跃迁能量提供了核形状的直接测量。所观察到的超形变核形状是一个长椭球,长短轴比为2:1,不同于正常形变核的典型轴比1.3:1。所观察到的单个转动带,一般连接着角动量约24到60ħ的那些态。关于这些态的许多问题尚有待研究。例如,为什么超形变带相对正常形变会如此强烈布居?超形变带怎样退激到正常形变带?新的集体模式(如核弯曲拉长成香蕉形)是否与超形变的形状有关?采用新一代的大型γ探测器阵列(如γ Sphere或Euroball)作测量,将有助于澄清这些问题。
在某些相邻原子核(由加1个或减1个核子获得)中观察到超形变带与偶-偶核超形变带基本上有全同特性,这是一个有趣的发现。例如,在铽151和镝152、铅194和汞192等中观察的超形变带中具有近乎相同γ射线能量,这是在约10keV能量分辨下测量约1MeV跃迁能量的γ射线整个带的能量在2keV以内相等。这种超刚性似乎反映一种新的单粒子运动耦合方式,这里赝旋转(pseudo-spin)和不旋转(not-spin)是把费米能量附近的能级分类占优势的特性。至今全同带还没有得到很好解释。
提高灵敏度的新一代γ探测器阵列也用于寻找更极端的变形核,例如,目前用γ Sphere寻找长短轴比3:1的巨超形变核,Sarantites等人通过钒51 + 钼100反应生成钆147作了这类研究。
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 楼主| 发表于 2013-2-8 10:25:29 | 显示全部楼层

处于高激发能的原子核

处于高激发能的原子核:激发能在10—40MeV之间的原子核的激发谱以巨共振占优势。在宏观模型中可以想象成振动,其中质子和中子按非常确定的多极图案作集体运动。在同位旋标量激发中所有核子作同相运动;而在同位旋矢量激发中质子和中子作反相运动。在磁激发中自旋向上粒子与自旋向下粒子作相反的运动。在壳模型中巨共振能够描述为相干粒子-空穴激发,其中粒子被激发到较高的壳。著名的例子是同位旋矢量巨偶极共振,其中质子在偶极图案与中子作相反的运动。另一个例子是同位旋标量巨单极共振(呼吸模式),这里激发能与核物质压缩有关。
现在已知许多建立在原子核基态上的巨共振系统学,但是对一些像同位旋单极或四极巨共振的信息仍很有限。问题主要在于这些共振与几个其它已知或未知的共振强烈重叠,它们各自都有几MeV的宽度。为了分解出各个共振,将要尽可能选择多种探针——电子、轻离子和重离子以非弹性散射激发它们。在选择过程中用带电粒子、中子和γ射线多探测器阵列的符合实验是有帮助的。类似的工具和技术在探寻较高谐波巨共振(多声子激发)是主要的。对存在双声子偶极共振与四极共振已获证明,但为了确立多声子共振的存在以及对它们的特性作详细研究还需要更多的实验工作。用相对论重离子碰撞中库仑激发来激发多声子巨偶极共振的几率较大,这些激发的一个有趣方面是质子与中子物质之间出现相当大的分离,有可能碎裂成奇异产物。近年来GSI在这方面开展了富有成效的研究。
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 楼主| 发表于 2013-2-11 12:06:17 | 显示全部楼层

处于高激发能的原子核

另一个重要领域是通过测量裂变前的高能γ射线研究在高激发(热核)、高角动量(快转动)态的巨偶极共振。其谱线形状和强度函数的散开宽度作为温度的函数显示出涨落现象和运动变窄。它是目前提供原子核可能的极限温度的唯一方式。
已经清楚,通过测量γ衰变谱不仅可以确定建立在原子核基态上的巨偶极共振,也可以测量建立在激发态上的那些特性。对研究像来自熔合反应的高激发态特性(其中蒸发余核有大的角动量与激发能)这证明是一个非常有用的工具,因为γ射线谱对发射系统的大小和形状灵敏。利用γ探测器陈列测量一些高激发系统预言的形状涨落成为可能。测量建立在超形变或巨超形变系统的巨偶极共振提供了一个测定它们形状的独立方法。因为巨偶极共振γ衰变涉及的时标,用这种方法能够研究具有相当或更长半衰期的任何系统。一个诱人的例子是研究具有裂变半衰期太短的超重系统,而用任何其它方法那是不能研究的。一般,这个方法提供了一个独特和自然的时标去研究高温系统的稳定性。
将这些研究扩大到巨单极共振(GMR)是一个挑战,由于GMR与压缩性有关,它提供了研究核物质压缩性与温度依赖性的方法,这个量不仅有基础意义,也有极大天体物理意义。因为巨单极共振不通过光子衰变,需要发展更复杂的非直接测量技术,如正电子- 电子对的探测技术。
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