к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Вращательное движение ядра

Вращательное движение ядра - коллективное движение нуклонов в ядре, связанное с изменением ориентации ядра в пространстве. Вращательное движение ядра обусловлено несферичностью его равновесной формы (см. Деформированные ядра ). Вращательное движение ядра, предсказанное О. Бором (A. Bohr) и Б. Моттельсоном (B. R. Mottelson) в 1952, открыто в 1953.

Вращательное движение ядра соответствует последовательность уровней с энергией e , увеличивающейся с ростом полного угл. момента I уровня пропорционально I(I+1). Совокупность таких уровней образует вращат. полосу. Для тяжёлых ядер вероятность электрич. квадрупольных (Е2)радиац. переходов между соседними вращат. уровнями в полосе больше вероятности одночастичных Е2-переходов в 100 раз (см, Оболочечная модель ядра, Мулътипольное излучение. Гамма-излучение). Число уровней в полосе может быть большим. Так, в ядре 168Hf низшая вращат. полоса прослежена до уровня с I=34 и энергией 1119917-455.jpg=10,5 МэВ.

Возбуждение вращат. уровней осуществляется электрич. полем иона, налетающего на ядро (кулоновское возбуждение ядер), и в ядерных реакциях с тяжёлыми ионами (HI). В первом случае сечение возбуждения пропорц. вероятности Е2-перехода. Если на ядро налетает тяжёлый ион (HI), то возможно многократное кулоновское возбуждение, при к-ром заселяются уровни вращательной полосы с большим I (напр., до I=26 для ионов 208Pв) (см. Высокоспиновые состояния ядер). В ядерных реакциях типа (HI; хп,1119917-456.jpg)заселение уровней происходит сверху при распаде составного ядра.

Вращат. полосы обнаружены у мн. ядер, начиная с 8Be. Наиб. изучены вращат. состояния ядер с числом нуклонов 1119917-457.jpg (лаетоноиды) и А>224 (актиноиды), имеющие в осн. состоянии большую аксиально-симметричную деформацию. В этих ядрах приближённо можно отделить вращат. движение от внутреннего колебательного и одночастичного. При этом каждому внутр. состоянию ядра в его спектре соответствует вращат. полоса с определ. последовательностью I и пространств. четностью1119917-458.jpg, совпадающей с чётностью внутр. состояния, на к-ром полоса основана.

1119917-460.jpg

Рис. 1. Схема связи угловых моментов в медленно вращающемся аксиально-деформированной ядре.

Интерпретация вращательных спектров. Если рассматривать ядро как твёрдое тело, то его вращение описывается с помощью трёх Эйлера углов, определяющих ориентацию собственной системы координат 1119917-459.jpg , жёстко связанной с ядром, относительно лабораторной системы координат х, у, z. Ось z' направлена вдоль оси симметрии ядра (рис. 1). Т.к. квант. вращение вокруг этой оси невозможно, то гамильтониан вращат. движения имеет вид

1119917-461.jpg

где I - оператор полного угл. момента;1119917-462.jpg- его часть, обусловленная внутр. движением нуклонов; J - момент инерции ядра. Из гамильтониана можно выделить чисто вращат. часть 1119917-463.jpg :

1119917-464.jpg

и энергию взаимодействия Кориолиса

1119917-465.jpg

Состояние вращат. движения описывается тремя квантовыми числами: угл. моментом I, его проекцией M на ось z и проекцией К на ось z'. Внутр. движение нуклонов характеризуется проекцией 1119917-466.jpg угл. момента 1119917-467.jpg на ось z' . Условие аксиальной симметрии обеспечивает равенство 1119917-468.jpg . Кроме того, угл. момент 1119917-469.jpg коллективного вращения перпендикулярен z', а составляющая 1119917-470.jpg вдоль z' обусловлена только орбитальным движением нуклонов (рис. 1). Отсюда следует, что для вращат. полосы 1119917-471.jpg . Следствием аксиальной симметрии является также инвариантность относительно поворота на 180° вокруг любой оси, перпендикулярной z' (1119917-472.jpg-инвариантность). Это приводит к существованию дополнит. квантового числа, наз. сигнатурой, в соответствии с к-рым различают 1119917-473.jpg-чётные и 1119917-474.jpg-нечётные уровни.

Вращательные полосы четно-чётных ядер основаны на состояниях с K=0, 1, 2, ... Простейшую структуру имеют полосы с K=0+, к которым относится полоса основного состояния. Вследствие 1119917-475.jpg-инвариантности эти полосы содержат уровни только с чётными I. Их энергии

1119917-476.jpg

В полосах осн. состояния хорошо деформированных ядер (4) выполняется с точностью до неск. десятых процента для уровней с небольшими I (для лантоноидов 1119917-477.jpg==30 кэВ, для актиноидов - 15 кэВ). Низшие вращат. полосы ядер с нечётным числом нуклонов основаны на состояниях последней нечётной частицы в несферич. потенциале. Поэтому квантовые числа К,1119917-478.jpgуровней определяются 1119917-479.jpg нечётного нуклона. Полоса содержит уровни с I=K, К+1, К+2,... (К - нечётное). Энергия низших уровней в полосе описывается ф-лой (4), но с меньшей точностью, что обусловлено смешиванием полос, основанных на разл. однонуклонных состояниях, из-за взаимодействия Кориолиса (3). Особенно сильно искажены полосы, основанные на состояниях нечётного нуклона, принадлежащих подоболочке с большим j и с 1119917-480.jpg. Для последних энергия низших уровней

1119917-481.jpg

где а, наз. параметром развязывания, зависит от структуры ядра.

Вращат. полосы нечётно-нечётных ядер менее изучены. По-видимому, каждой конфигурации 1119917-482.jpg нечётных нейтрона и протона соответствуют 2 полосы с 1119917-483.jpg и 1119917-484.jpg. Если 1119917-485.jpg, то полоса с К=0 расщепляется на две с уровнями противоположной 1119917-486.jpg-чётности; 1119917-487.jpg-чётная полоса имеет чётную последовательность I, 1119917-488.jpg-нечётная -нечётную.

Электромагнитные переходы во вращательных спектрах. Адиабатичность приводит к ряду закономерностей для вероятности эл--магн. переходов. Вероятность испускания 1119917-489.jpg-квантов мультипольности L:

1119917-490.jpg

Здесь1119917-491.jpg - разность энергий начального (i) и конечного (f) состояний, B(L)- приведённая вероятность перехода, зависящая от структуры этих состояний. При этом должны выполняться правила отбора для I и 1119917-492.jpg:

1119917-493.jpg

1119917-494.jpg

Эл--магн. переходы происходят либо внутри вращат. полосы, либо между уровнями разл. полос. В первом случае согласно (7) и (8) могут происходить либо только переходы E2, если 1119917-495.jpg , либо Е2 и М1, если 1119917-496.jpg. T. к. внутр. состояния ядра остаются неизменными, то вероятности переходов зависят только от коллективных переменных. Так, вероятность Е2-перехода

1119917-497.jpg

где величина в скобках - Клебша - Гордана коэффициент, описывающий сложение угл. моментов в собств. системе координат, Q0 - внутр. квадруполъный электрический момент ядра. Ядра лантоноидов с параметром квадрупольной деформации 1119917-498.jpg~0,3 имеют Q0~8*10-24 см2. Для состояний с 1119917-499.jpg наиб. вероятные переходы с 1119917-500.jpg=2 происходят между уровнями с одинаковой сигнатурой. Переходы с 1119917-501.jpg=1 между уровнями с разной сигнатурой в (A/I)2 раз менее вероятны. Из (9) следует, что отношение вероятностей Е2-переходов определяется только геом. фактором сложения угл. моментов начального и конечного состояний. Эти правила для низших вращат. уровней хорошо деформированных ядер выполняются с точностью до неск. процентов.

Переходы M1 зависят не только от коллективного гиромагн. отношения gR (см. ниже), но и от внутр. g-фактора (gK)нуклонов. Для полос с 1119917-502.jpg приведённые вероятности М1-переходов:

1119917-503.jpg

где 1119917-504.jpg - масса нуклона (в полосе с 1119917-505.jpg В зависит дополнительно от т.н. магн. параметра развязывания). Соотношение (10) выполняется для низших уровней полос с 1119917-506.jpg с точностью до неск. процентов. Измеряя вероятности М1-перехода и зная статич. магн. момент ядра, можно найти gR для нечётных ядер. Для низших состояний четно-чётных ядер gR находят по величине статич. магн. момента, определяемого по прецессии возбуждённого состояния 2+ в магн. поле (см. Ядерный магнитный резонанс).

Переходы между уровнями разл. полос менее вероятны, т. к. происходят между разл. одночастичными состояниями. Для них возникает дополнит. правило отбора:

1119917-507.jpg

к-рое является следствием приближённого сохранения К. Переходы, для к-рых условие (11) не выполняется, наз. К-запрещёнными, а величина1119917-508.jpg наз. порядком К-запрета. Хотя правило (11) не является строгим из-за приближённого характера адиабатичности (см. ниже), тем не менее интенсивность К-запрещённых переходов ослаблена (~в 102 на каждый порядок К- запрета).

Существование в деформированных ядрах приближённых (асимптотич.) квантовых чисел 1119917-509.jpg1119917-510.jpg (где 1119917-511.jpg - гл. осцилляторное квантовое число; 1119917-512.jpg - квантовое число, определяющее колебание нуклона вдоль оси 1119917-513.jpg; - в плоскости, перпендикулярной 1119917-514.jpg; 1119917-515.jpg - проекция 1119917-516.jpgорбитального момента нуклонов на 1119917-517.jpg - проекция спина нуклона на 1119917-518.jpg) также приводит к дополнит. правилам отбора для вероятностей одночастичных переходов (табл.).

Асимптотические правила отбора для "облегчённых" дипольных переходов

Переход

1119917-519.jpg

1119917-520.jpg

1119917-521.jpg

1119917-522.jpg

1119917-523.jpg

Е1

0

b1

b1

0

0

"

b1

b1

0

b1

0

Мl

0

0

0

0

0

"

b1

0

0

0

b1

"

b1

0

b1

b1

0

Правила отбора по асимптотич. квантовым числам не являются строгими. Однако их нарушение в "затруднённых" переходах уменьшает вероятность последних в 10-100 раз по сравнению с "облегчёнными" переходами.

Отношение приведённых вероятностей двух эл--магн. переходов мультипольности L с уровня IiKi одной полосы на уровни1119917-524.jpg и 1119917-525.jpg другой полосы, если 1119917-526.jpg или если Кi или Kj=0:

1119917-527.jpg

Если Кif, соотношение (12) переходит в правило интенсивностей эл--магн. переходов внутри полосы.

Соотношение (12) выполняется и для облегчённых 1119917-528.jpg переходов и ядерных реакций передачи нуклонов. Оно является критерием адиабатичности вращения.

Коллективные параметры. Абс. величины энергий уровней и вероятностей переходов E2 и М1 зависят от 1119917-529.jpg . Эти параметры определяются внутр. структурой ядра и, оставаясь приближённо постоянными внутри полосы (для не слишком больших I), плавно изменяются от ядра к ядру, а в данном ядре - от одной полосы к другой.

Момент инерции J вращающегося ядра можно рассматривать как его реакцию на силы Кориолиса, искажающие движение нуклонов в ср. поле. Сильное влияние на J оказывает взаимодействие нуклонов, приводящее к парным корреляциям сверхпроводящего типа. В деформир. ядрах пару образуют нуклоны с противоположным знаком 1119917-530.jpg. В четно-чётных ядрах парные корреляции приводят к характерному спектру одночастичных возбуждений со щелью 1119917-531.jpg (1119917-532.jpg - энергия корреляции пары). Они мешают нуклонам участвовать во вращении, уменьшая J приблизительно вдвое по сравнению с твердотельным значением:

1119917-533.jpg

где

1119917-534.jpg - среднеквадратичный радиус ядра, 1119917-535.jpg - параметр квадрупольной деформации (ядро - эллипсоид вращения с полуосями а>b). Для системы невзаимодействующих нуклонов, движущихся в ср. поле, J=JТ. Для нечётных и нечётно-нечётных ядер J низших полос в ср. на 20% больше, чем у осн. состояний соседних четно-чётных ядер. Это отличив объясняется уменьшением 1119917-536.jpg и взаимодействием Кориолиса между одночастичными состояниями.

Парными корреляциями объясняется и отличие величины gR от значения Z/A, к-рое получилось бы для равномерно заряженного вращающегося твёрдого тела. Для протонов 1119917-537.jpg больше, чем для нейтронов, поэтому протоны менее эффективно участвуют во вращении. Это уменьшает gR по сравнению с Z/A~на 20%.

Отклонения от адиабатичности. В действительности адиабатичность вращения нарушается уже в самом начале полосы. Однако отклонения невелики. Так, энергия уровней с 1119917-538.jpg во вращат. полосе с K=0 чётно-чётного ядра

1119917-539.jpg

причём отношение постоянных 1119917-540.jpg 10-3 для осн. состояний хорошо деформированных ядер.

Осн. источник неадиабатичности ядерного вращения-сила Кориолиса (3). Для нуклона вблизи ферми-поверхности 1119917-541.jpg , где 1119917-542.jpg-частота вращения ядра, 1119917-543.jpg - макс. момент нуклонов у поверхности Ферми. В деформир. ядрах для пары нуклонов 1119917-544.jpg Поэтому осн. параметр неадиабатичности

1119917-545.jpg

Др. параметры: 1119917-546.jpg (1119917-547.jpg-энергия нуклона на поверхности Ферми), описывающий взаимодействие вращения с деформацией; 1119917-548.jpg, описывающий взаимодействие вращения с 1119917-549.jpg и 1119917-550.jpgколебаниями (см. Колебательные возбуждения ядер с )частотой 1119917-551.jpg1119917-552.jpg раз меньше 1119917-553.jpg). Эффекты центробежного растяжения ядра также несущественны для 1119918-1.jpg 10, Деформация ядра начинает заметно изменяться, когда центробежная энергия вращения сравнивается с оболочечной, что происходит при1119918-2.jpg.

T. о., во вращат. спектрах четно-чётных ядер коэф. 1119918-3.jpg в осн. обусловлен парными корреляциями нуклонов. Вклад в 1119918-4.jpg от взаимодействия вращат. и колебат. движений в 1119918-5.jpg раз меньше. Hеадиабатичность вращения по отношению к 1119918-6.jpg и 1119918-7.jpgколебаниям проявляется в нарушении (12) для переходов между уровнями этих полос и осн. полосы.

Др. способ описания неадиабатич. эффектов - модель перем. момента инерции J, к-рая для вращат. полосы осн. состояния хорошо описывает энергии вращат. уровней до I=12. При больших I наблюдается неадиабатич. эффект, наз. аномалией вращат. спектра. А. Джонсон (A. Johnson) в 1971 обнаружил отклонение энергий переходов от правила интервалов (4). Впоследствии было установлено, что это явление носит общий характер. Оказалось, что энергии 1119918-8.jpg переходов между соседними уровнями в полосе в интервале 1119918-9.jpg12-16 не растут монотонно с I, а остаются неизменными и даже уменьшаются, что соответствует резкому увеличению J. Это можно представить в виде S-образной зависимости 1119918-10.jpg (рис. 2) - отсюда термин бэкбендинг ("обратный загиб").

Аномалии вращат. спектра четно-чётных ядер редкоземельных элементов при I~12-16 связаны с пересечением полосы осн. состояния с полосой, основанной на нейтронном двухквазичастичном возбуждении из подоболочки 1119918-11.jpg. Благодаря большому одночастичному моменту силы Кориолиса изменяют схему сложения угл. моментов в последней полосе. Суммарный момент 1119918-14.jpg двухквазичастичного возбуждения "развязывается" с деформацией и ориентируется преим. вдоль оси вращения ядра (рис. 3). Аномалии вращат. спектра в нечётных ядрах наблюдаются при несколько больших I в полосах, основанных на нейтронном состоянии из подоболочки 1119918-15.jpgи при тех же I в остальных низколежащих полосах.

1119918-12.jpg

Рис. 2. Зависимость момента инерции J ядра от частоты его вращения в четно-чётных изотопах Er.

1119918-13.jpg

Рис. 3. Схема связи угловых моментов в выстроенной полосе.

При большей энергии в области I~26-30 наблюдается 2-й бэкбендинг. Он объясняется пересечением нейтронной двухквазичастичной полосы с полосой, основанной на протонном двухквазичастичном возбуждении из подоболочки 1119918-16.jpg . При больших I "в игру вступают" ещё более возбуждённые полосы. T. о., низшая по энергии, т. н. осн. ираст-полоса, состоит из частей разл. полос. Каждая полоса вносит в I свою одночастичную часть, приблизительно равную угл. моменту возбуждённого состояния, на к-ром она основана. Следовательно, угл. момент ираст-полосы образован как коллективным вращением ядра, так и одночастичным движением нуклонов (см. Высокоспиновые состояния ядер).

Литература по вращательному движению ядра

  1. Бор О., Вращательное движение в ядрах, пер. с англ., "УФН", 1976, т. 120, с. 543;
  2. Бор О., Mоттельсон Б., Структура атомного ядра, пер. с англ., т. 2, M., 1977;
  3. Павличенков И. M., Аномалии вращательных спектров деформированных атомных ядер, "УФН", 1981, т. 133, с. 193.

И. M. Павличенков

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 20.09.2019 - 04:36: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
18.09.2019 - 12:08: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> ПРОБЛЕМА ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА - Карим_Хайдаров.
18.09.2019 - 06:01: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Л.Г. Ивашова - Карим_Хайдаров.
17.09.2019 - 05:51: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ФАЛЬСИФИКАЦИЯ ИСТОРИИ - Карим_Хайдаров.
17.09.2019 - 05:41: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Тиртхи - Карим_Хайдаров.
16.09.2019 - 18:21: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> ПРОБЛЕМА КРИМИНАЛИЗАЦИИ ЭКОНОМИКИ - Карим_Хайдаров.
16.09.2019 - 03:11: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
14.09.2019 - 18:23: ПЕРСОНАЛИИ - Personalias -> WHO IS WHO - КТО ЕСТЬ КТО - Карим_Хайдаров.
13.09.2019 - 09:08: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
12.09.2019 - 17:47: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
08.09.2019 - 03:42: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от О.Н. Четвериковой - Карим_Хайдаров.
07.09.2019 - 07:36: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Декларация Академической Свободы - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution