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十一,三维模型对核自旋和宇称的解释

(2011-06-14 03:09:47)
标签:

奇奇核

自旋

宇称

壳层

三维模型

核子

教育

分类: 物理学

    三维模型主要在以下几个方面比壳模型有了进一步地完善:

    1、就原子核的壳层结构来说,三维模型比壳模型提供了更多的细节。以V壳层为例,壳模型对应的1ћω壳层只有1p3/2和1p1/2两个次壳层,而三维模型的V壳层则包含2 s1/2、2p3/2、2p1/2三个次壳层,同时,这三个次壳层又被分为四个a结团小壳层(见Fig.9)。因此,三维模型不仅可对轻核的结团结构给出与结团模型一致的结论,还可对部分轻核的稳定性给出合理的解释。在自旋和宇称的解释上,也更接近于实验事实,以6Li核为例,在壳模型中,6Li核的第三个质子和第三个中子分别填入1p3/2壳层,理论上给出的自旋和宇称为 ,而实验值S19为 。在三维模型中,6Li核的5号质子N5和6号中子N6分别填入2 s1/2壳层,理论上给出的自旋和宇称为 ,与实验值相符。

    2、三维模型可以用直观的方式来解释轻核的自旋和宇称。在三维模型中,我们分别用X、Y、Z轴表示核子在三维空间中的坐标,其中取Z轴为对称轴,以此构造了一个轻核的三维壳层结构模型。一般来说,只要依据正确的填充规则将核子填入壳层内,对大部分的核素都可给出正确的自旋和宇称。特别是对于球形核、对称核可直接给出正确的单值,如对Ne同位素链自旋和宇称的解释上,从19Ne到32Ne共14种核素,三维模型对每种核素几乎都给出了与实验值相符的单值。

    3、在轻核的自旋和宇称的解释上,由于壳模型是一个单粒子模型,因此核的自旋和宇称只与不成对的单核子有关,而三维模型则认为核的壳层结构是由单核子和结团共同构成的,因此,奇A核和奇奇核的自旋和宇称,除了与单核子有关外还与不成对的结团有关。

    因此,三维模型要考虑结团在壳层中的自旋和宇称。在L=0的1s1/2壳层,处于s态的结团自旋取向为垂直于对称轴旋转的球形轨道。其中,因d结团有两个自旋平行的核子构成(Fig.13a),自旋和宇称: Jπ=1+ ; T结团(Fig.13b)和He结团(Fig.13c)的自旋由那个不成对的核子决定,成对核子的自旋相互抵消(矢量和为零),因而其自旋和宇称: Jπ=1/2+ ;a结团(Fig.13d)为偶偶核,基态的自旋和宇称: Jπ=0+

    在L=1的V壳层,核子有两种态,一是球形对称的s态,另一种是椭圆形的p态,相应地处于V壳层的四种结团也有两种态: s态和p态。处于s态的四种结团自旋和宇称与1s1/2壳层中相同;处于p态的四种结团的自旋和宇称分别为:T结团Jπ=3/2-、He结团Jπ=3/2-、a结团Jπ=1-、2-

    多数情况下,处于p态的d结团因有一个核子与1s1/2壳层中的核子发生相互作用,通常会翻转为s态,可看作是两个单核子均填充入2s1/2壳层,因而Jπ=1+。而处于p态的d结团则一般存在于这些核的弱激发态中, 如6Li核的弱激发态中,d结团的一个核子填入2p3/2壳层,因而Jπ=1-

                            http://s5/middle/5d87e963xa59cafae0744&690

                               Fig.13 

    处于p态的T结团或He结团的自旋和宇称由一个处于2p3/2壳层的核子决定: Jπ=3/2-,但在一些特殊的情况下,T结团或He结团的两个成对核子会翻转到低能级上去,结团的自旋和宇称由那个处于2s1/2壳层的单核子决定,因而自旋和宇称也翻转为 。因此,在大部分的奇A核中,一个单独的T结团与一个单独的中子耦合或一个单独的He结团与一个单独的质子耦合时(Fig.13e),当核的自旋处于P态时,核的自旋宇称就为Jπ=3/2-+1/2+=2-;当核的自旋处于S态时,核的自旋就为Jπ=1/2++1/2+=1+

    a结团的基态自旋和宇称一般为 ,当与一个处于3s1/2壳层的单核子耦合或处于转动态时,Jπ=2+,相应地那个单核子的自旋和宇称为 。在一些特殊的情况下,a结团与单核子耦合时会处于P态,如在5Li核(Fig.13f)中,此时a结团可看作是由一个单核子N2和一个He结团构成,自旋为Jπ=3/2-+1/2+=2-,当a结团与P5耦合时,P5与N2都处于S1/2态,但两个核子分别位于X轴的正负半轴,自旋角动量的矢量和为零,因而5Li核的自旋宇称为Jπ=3/2-

    在表11-1中,我们给出了结团在U壳层和V壳层中处于不同的自旋态时的自旋值,还给出了与单核子耦合时核的自旋宇称。更加详细的分析可以借助核子结构图来解释,上述的耦合规则在所有的轻核中都是适用的,因此,三维模型几乎可以解释绝大部分轻核的自旋和宇称。

表11-1 结团在壳层中自旋宇称变化和与单核子的耦合

壳层

 

He   

T

a

He+p

T+n

a+p

a+n

U

S态

1/2+

1/2+

0+

1+

1/2+

P态

3/2-

3/2-

2-

2-

3/2-

V

S态

1/2+

1/2+

0+ ,2+

1+

1/2+ , 5/2+

P态

3/2-

3/2-

1-  2-

2-

3/2-

 

    由于a结团的基态自旋和宇称为 ,在大部分的奇A核或奇奇核中,我们可不考虑。对奇A核,自旋和宇称主要由不成对的T结团或He结团及单核子的状态决定;对奇奇核,自旋和宇称则主要由T结团或He结团与单核子耦合决定。因此,在对核自旋和宇称的解释上,三维模型补充了更多的细节、弥补了壳模型的不足。在此基础上,三维模型与壳模型的主要结论都是一致的。

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