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楼主: henryharry2

[建议] 原子核物理

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 楼主| 发表于 2016-1-22 05:15:03 | 显示全部楼层

强核力

挤在核中的质子带有正电,它们之间必然相互排斥,所以必定存在着更强的“胶水”把它们粘合在一起。这种胶水是一种只在原子核大小的短程内有效的力,称为强核力(也存在弱核力,它比电力要弱,但在某些核反应中非常重要)。看起来中子在原子核的稳定性方面也起一定的作用,因为只有数一下稳定核中的质子数和中子数,物理学家们就可以提出一个类似于电子绕核旋转的壳层图象。在自然存在的原子核中所发现的最大质子数是92,是在铀中发现的。尽管物理学家们已成功地生产出具有106个质子的核,然而它们是不稳定的(钚的某些同位素除外,其原子序数为94),将裂变成其它的核。现在已知的稳定核总共约有260种。
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 楼主| 发表于 2016-2-3 05:30:56 | 显示全部楼层

γ射线同物质的相互作用

γ射线在物质中具有较强的穿透本领。能量在10MeV以下的γ射线同物质相互作用时,主要是发生光电效应、康普顿效应、电子偶效应等三种效应。
光电效应  γ光子穿过物质时同原子中的束缚电子相互作用,光子把全部能量交给这一束缚电子,使之克服在原子壳层中的结合能(电离能)而发射出去,这就是光电效应。光电效应截面以一种复杂的方式随入射光子能量和吸收体原子序数而改变,但总的趋势是随光子能量增加而减小,随原子序数增加而增加。在光子能量小于1MeV时,光电效应在三种主要效应中占优势,光电截面在总截面中占主要部分。
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 楼主| 发表于 2016-2-3 05:34:31 | 显示全部楼层

γ射线同物质的相互作用

康普顿效应 当入射光子能量逐渐增大到1MeV时,γ射线同物质相互作用逐渐由光电效应过渡到康普顿效应。
康普顿效应是γ光子同电子之间的散射。入射γ光子把一部分能量传递给电子,光子本身能量减少并向不同的方向散射,散射效应中获得能量的电子叫反冲电子。能够发生散射效应的电子既可以是自由电子,也可以是束缚于原子之中的电子。康普顿效应发生在γ光子和电子之间,其作用截面是对单个电子而言的。因此,对原子序数为Z的整个原子,散射截面就是单个电子作用截面的Z倍。当入射光子能量较高时,截面与光子能量近似成反比。
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 楼主| 发表于 2016-2-3 05:41:26 | 显示全部楼层

γ射线同物质的相互作用

电子偶效应  是γ光子同物质的第三个重要的相互作用,入射光子同原子核电场或电子电场相互作用都可以产生电子偶效应,发生这个效应的阈能是1.02MeV。在电子偶效应中,入射光子转化为一个正电子和一个负电子,它们的动能是入射光子能量同1.02MeV之差。电子偶效应的截面也是入射光子能量和吸收物质原子序数的函数。当入射光子能量稍大于1.02MeV时,电子偶效应的截面随光子能量E线性增加;在高能时,其截面正比于lnE;能量很高时,截面趋近于一个常数。然而不论在高能或低能,截面都正比于吸收体原子序数Z的二次方。
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 楼主| 发表于 2016-2-3 05:44:34 | 显示全部楼层

γ射线同物质的相互作用

其他效应  除上述主要的三种效应外,γ射线同物质的相互作用还有其他的效应,如相干散射。在低能(100keV)时,相干散射是很重要的,尤其是重元素中束缚得比较紧的电子有利于这种散射。这种散射长期以来一直是X射线晶体学的基础。另外在入射光子能量较高时还有光核反应等。
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 楼主| 发表于 2016-2-5 07:34:39 | 显示全部楼层

原子核的集团结构

集团化是典型的非线性和对称性破缺的过程,在物质结构的各个层次都存在,比如宇宙中局部星系的反向凝聚,原子体系中的团簇形成等等。通常认为原子核的结构单元是质子和中子(统称核子),但早在上世纪30年代, 就已经开始发现稳定原子核内α集团存在的证据,随后研究了集团间的有效相互作用。Ikeda在1968年提出了阈效应和集团相对紧密度的概念,大大加深了人们对原子核集团结构的理解。自上世纪90年代以来,非稳定核的研究揭示了在稳定性极限区域集团化增强的趋势,但可靠的实验证据还很缺乏。
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 楼主| 发表于 2016-2-8 06:54:33 | 显示全部楼层

碳循环

1936~1938年,贝特与他的合作者发表专著《原子核物理学》,这部巨著澄清并系统地整理了关于核力、核结构以及核反应的理论,成为后人长期参考并引用的经典之作。1938年,贝特提出了关于恒星能源机制的碳循环设想。他认为一个碳-12核相继与3个氢核(质子)反应,形成氮-15,再通过与第四个氢核聚变,生成一个氦核(α粒子)和一个碳-12,并释放能量。由于这一理论的提出,贝特获得了1967年诺贝尔物理学奖。
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 楼主| 发表于 2016-2-11 06:25:21 | 显示全部楼层

Nambu-Goldstone定理

规范对称性破缺产生保护无能隙Goldstone激发,然后通过相应规范场耦合的加入,那么应该是都可以的。这就是所谓Nambu-Goldstone定理的内容,其适用于描述任意连续对称性破缺恢复模式。连续对称性的群代数结构是Lie群,破坏掉的对称性即是少掉了一些Lie代数生成元,减少的生成元个数对应着Goldstone粒子数目。规范场就是破坏了的生成元所构成的Lie导数,对应的场分量就可以“吃掉”那多出来的Goldstone粒子。
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 楼主| 发表于 2016-2-14 09:05:39 | 显示全部楼层

质子的磁形状因子

质子的磁形状因子。对实验数据的一种特别简单的拟合:用求经验公式的方法发现偶极子拟合与形状因子曲线的形状拟合的很好,以致可以用这拟合曲线代表实验数据。
偶极子拟合虽没有理论根据,但很像巴耳末公式,它是简单的,而且也许能够告诉我们点什么。微扰量子色动力学预言的形状因子在大动量转移区,与偶极曲线一致。用双重几何与单重几何的对偶性也可以推导出质子的磁形状因子是偶极的。但是这种拟合也并不是理想的,存在偏差。
用双重几何与单重几何的对偶性推导出来的东西像弦,但不是弦,与弦有偏差。考虑了相对论修正及介子耦合常数的影响后,核子的集体模型计算出的四个形状因子,计算结果与实验数据的比较是令人满意的。核子集体模型的概念是把核子看做是由三根弦连接起来的三夸克组态。
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 楼主| 发表于 2016-2-24 05:17:43 | 显示全部楼层

同位旋

同位旋是粒子的性质之一。实验表明,核力具有电荷无关性,质子和质子、中子和中子及质子和中子之间的核力是相同的,这说明就核力的性质而言,质子与中子之间没有区别,因此把质子和中子看成同一种粒子的两种不同状态。有些粒子(强子)质量很接近,但电量不同,每一组这样的粒子可以看做同一粒子处于不同的态。如质子、中子为两重态;正π、中性π、负π介子为三重态等。
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 楼主| 发表于 2016-2-27 05:04:00 | 显示全部楼层

σ模型

1960年,Gell-Mann与M. Lévy提出了后来被用于强子的另一个可重整模型。 他们所用的基本场量是一个同位旋1/2的核子场 N=(p, n)T,一个同位旋1的π介子赝标量场 π=(正π,中性π,负π)T,及一个新的标量场σ。这个模型 - 被称为σ模型。这里τ的分量为同位旋 Pauli 矩阵,势能V为自变量 σ平方+ π平方的平方多项式。
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 楼主| 发表于 2016-3-15 04:58:30 | 显示全部楼层

原子核有一些独特的性质

原子核有一些独特的性质,除去物理模型(渐进自由),我们在实验上,发现很难“打开”它。举个例子,他好比一个坚硬的“闹钟”,我们可以在外面听到它的”声音“(核反应),看到他的表针走动和磨损(原子衰变),但却很难看到它里面的结构。原子核内部的“粒子”似乎有极大的束缚能,把它们束缚在一起,“常态”下的任何办法都只是,一个闹钟变成两个小闹钟,或是一个大闹钟变成一个中闹钟同时放出很多“声音”。那么只有一个办法看到里面的结构,那就是撞碎他,然后从一堆的零散的零件和零件组合中,去摸索闹钟的构成。
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发表于 2016-3-17 21:06:09 | 显示全部楼层
学习了
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发表于 2016-3-17 21:16:59 | 显示全部楼层
研究物理,必须精通化学;研究化学,必须精通物理,才能提出较为正确的理论
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 楼主| 发表于 2016-3-27 14:58:51 | 显示全部楼层

部分子

实验中,我们不能用光电池探测到一个能量ћω的一部分的“部分光子”,在此意义上讲,频率为ω的单色光子是不能被分裂的。在类似的意义上电子也不能分裂,因为从没有人探测到一个“部分电子”。我们认为中子和质子也是不能分裂的,所以人们找不到“部分中子”或“部分质子”,也就是夸克或者Feynman的部分子,这就是夸克禁闭的意义。数学上讲,夸克是层子,类似于一种量子力学版本的细胞。
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 楼主| 发表于 2016-4-3 14:51:59 | 显示全部楼层

对偶性

关于核结构有两个大的理论:液滴模型和壳层模型。两个都很成功,但成功是局限的。最重要的是,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。如许多类似情形一样,答案是:把两个模型视为一个更复杂的模型的两种极端情形。我们认为,集体模型的微观基础是双重几何与单重几何的对偶性,即弦与场的对偶性;弦服从牛顿-庞加莱统计,使得核看起来像液滴;而双重几何服从量子力学的哥本哈根诠释,使原子核具有壳层结构。
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 楼主| 发表于 2016-5-5 05:15:32 | 显示全部楼层

Jahn-Teller效应

一个四极激发的单粒子响应函数的例子,可以看出,四极激发涉及两个很不相同的频率区域。第一区域与未满壳层内部的跃迁有关产生低频四极激发,其中的第二区域与两个主壳层隔开的轨道之间的跃迁有关,该区域包含了振子强度的绝大部分,这组跃迁产生高频激发。对非弹性电子散射的研究确证了这种激发模式。此后在广泛的非弹性散射实验中发现这是一个系统性特征,这一发现为进一步探索核内这个基本自由度提供了可能性。
再回到四极响应函数上,其中的低频激发反映了单粒子谱的简并性质。这种简并使原子核趋于偏离球形对称而形成椭球形平衡形状,即Jahn-Teller效应;也许有人会问:单粒子谱的这种简并的实质是什么?这个问题在发现裂变的同质异能性之前从未认真地提出过。这一发现揭示,在非常偏离球形对称(鞍点形状)的势场中存在着重要的壳层结构效应。
这些发展尖锐地提出了波动方程本征值谱强简并存在的一般条件是什么的问题。现在我们有可能将这个问题与相应的经典问题中周期性轨道简并族的存在联系起来,而未满壳层出现的不稳定性直接反映出这些经典轨道的几何特性,这样,原子核中观察到的四极形变就可以与谐振子势中粒子运动的椭圆轨道联系起来。重核核势中还支持具有三角对称性的轨道,而实际上已有证据表明重核中开始出现八极不稳定性。
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 楼主| 发表于 2016-5-25 13:48:42 | 显示全部楼层

实在论

强子中存在很多短命的共振态。按量子场论的要求,在任何物理过程中,所有可能发生的不同过程都必须加到总的过程中去以便得到完全的量子振幅。因此所有可能的粒子和共振态也必须如此处理。例如,两个粒子A和B的散射过程:A和B碰撞,一瞬间之后变为粒子对C和D。我们可将这个过程理解为A和B先复合成一个单一的粒子(共振态)X,然后瞬间它就衰变成粒子C和D。这样的s-道中间态粒子可以有很多,每一个的效果都必须加到总和中去。现在,我们用另一种观点来看待所发生的交换:粒子Y分别与A和B发生“交换”,这种可能的t-道交换粒子Y也可以有很多。从夸克-反夸克的角度来看,s-道和t-道是拓扑等价的,s-道和t-道振幅相等。这给人们一个提示:可以把介子描述为弦。似乎从正、负能态配对也可以推导出s-道和t-道对偶的结果,正、负能态的划分是人为的,沿竖直的方向来划分是s-道,沿水平的方向来划分是t-道。
正、负能态配对还可以推导出夸克间的相互作用势。色库仑势的1/r关系仅限于强子内部的小尺度范围。为了反映色禁闭的要求,V(r)中还需要唯象地附加上一项与r成正比的项(线性势)。量子色动力学是通过假设真空的反屏蔽效应来推导线性势的,那是一个唯心主义的假设。我们也可以从正、负能态配对直接推导出线性势,这是个唯物主义的版本,假如你坚持实在论的观点,我们的理论肯定是正确的。
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 楼主| 发表于 2016-5-31 05:10:31 | 显示全部楼层

原子核物理4

在原子核这样一种多体系中使用BCS方法存在许多严重的缺点。有一些严重缺点无法克服。
(1)粒子数不守恒问题。
(2)假态问题。BCS方法的另一严重缺点是存在过多的假态。众多假态的出现,与粒子数不守恒密切相关。BCS方法计算所得的准粒子激发谱过于密集,其中有大量假态。
(3)堵塞效应(blocking effect)
(4)准粒子剩余相互作用。
在对力的粒子数守恒(PNC)中,BCS方法的所有缺点都将消失。
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 楼主| 发表于 2016-6-3 07:20:26 | 显示全部楼层

变形核

对于一个变形核,可以定义一个体坐标系(body-fixed system),即随变形核一道转动的坐标系。取对称轴方向为z'轴。在球形核壳模型中,核子被看成是近似独立地运动。对于变形核,也可用此图像来近似描述核子在体坐标系中的运动。这样,核子之间的很重要的一部分关联(由此关联而导致集体转动)已被考虑在内。这就是说,原子核的运动被近似地分成两部分(绝热近似):a)原子核的集体转动,用转动波函数描述;b)核子在体坐标系中运动,用内部波函数来描述。而内部波函数通常取为变形场中的壳模型玻函数。
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