Главная > Физика > Введение в физику (А. И. Китайгородский)
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

§ 213. Спектры атомных ядер

С точки зрения квантовой механики любая система взаимодействующих частиц может быть охарактеризована совокупностью энергетических уровней. Атомное ядро может занимать наиболее низкий уровень (как это имеет место для ядер всех стабильных элементов, находящихся в обычных земных условиях), но может под воздействием соударений с другими частицами переходить на возбужденный уровень. Существование на возбужденном уровне всегда непродолжительно, и ядро «опускается вниз», отдавая лишнюю энергию.

Рис. 240а.

Ядра атомов радиоактивных веществ обычно либо находятся в возбужденном состоянии, либо переходят в возбужденное состояние после выбрасывания а-ча-стицы (см. ниже).

Разности энергии между уровнями в ядрах порядка сотен тысяч электрон-вольт (вместо единиц электрон-вольт для электронных уровней в атоме). По этой причине в обычных условиях ядра совершенно инертны. Энергетические переходы в ядрах изучаются в деталях их бомбардировкой в ускорителях, рассчитанных на миллионы электрон-вольт.

На рис. 240а показаны системы энергетических уровней двух ядер Энергетические уровни резкие и измеряются с большой точностью. Величины энергий даны на рисунке. Пара ядер с одинаковым общим числом нуклонов, и притом такая пара, у которой число нейтронов (протонов) в одном ядре равно числу протонов (нейтронов) в другом, называется «зеркальной» парой. Очевидно, что различие в ядрах сводится к электростатической энергии, которая невелика. Картина уровней оказывается очень близкой, что еще раз иллюстрирует общность нуклонного взаимодействия.

В каждом из возбужденных состояний ядро обладает некоторой совокупностью свойств. Разным уровням соответствуют, вообще говоря, разные спины, а также четности и различные изоспины. Изоспины — это числа, которые нумеруют уровни в каждом изоспиновом мультиплете. Об этом квантовом числе пойдет речь ниже, когда будут обсуждаться спектры нуклонов. Четность — свойство частицы, связанное с ее винтовой симметрией (см. стр. 550). Два варианта (левый винт, правый винт) обозначаются знаками +, -.

Переходя на более низкий уровень, атомное ядро может отдать свою энергию двумя способами. Первый из них тот же, который является единственно возможным в случае излучения атома, — это испускание фотона. Поскольку разность энергии очень велика, то возникают «жесткие» фотоны, называемые обычно у-лучами. Однако возможны переходы с излучением так называемой пары лептонов. Этой парой является либо электрон и антинейтрино, либо позитрон плюс нейтрино (ср. § 225).

Рис. 2406.

Картина переходов между уровнями ядра, состоящего из 12 нуклонов, показана на рис. 2406 (числа указывают спины состояний, знаки — четность).

На нем изображены уровни трех ядер. Но это лишь формально три ядра. На самом же деле мы должны их рассматривать как единую систему, между которыми возможны переходы. Вертикальные (пунктирные) линии показывают у-переходы. Сплошными линиями показаны переходы с излучением пары лептонов. Линия, идущая слева направо вниз, соответствует выбрасыванию электрона и антинейтрино, линии справа налево вниз — выбрасыванию

позитрона и нейтрино. При выбрасывании пары лептонов вследствие закона сохранения заряда протон превращается в нейтрон или нейтрон в протон.

Разность энергетических уровней при излучении пары лептонов должна быть не меньше энергии, соответствующей массе электрона, т. е. (масса покоя нейтрино равна нулю). Избыток, если он есть, пойдет на образование кинетической энергии лептонов.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление