Файл: Айзенберг И. Механизмы возбуждения ядра. Электромагнитное и слабое взаимодействия.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.04.2024

Просмотров: 160

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

(i-мезонами, слабое взаимодействие в ядрах, которые составляют содержание второй и третьей частей книги Айзенберга и Грайнера. Поэтому перевод этой книги является весьма своевременным. Учитывая, что она может быть использована как учебное пособие, при переводе было решено дополнить библиографию, приведенную авторами, списком учебной и монографической литературы на рус­ ском языке и в соответствующих местах снабдить текст примеча­ ниями терминологического характера.

Особенностью книги Айзенберга и Грайнера является ясность и наглядность изложения: примеры и иллюстрации тщательно подобраны и очень хорошо «работают», материал излагается так, чтобы всегда был виден физический смысл используемого формализ­ ма, общетеоретический материал максимально приспособлен к це­ лям ядерной физики. Другой особенностью является подробный вывод многих важных формул, что делает ее полезной в качестве справочного пособия при расчетах соответствующих процессов взаимодействия ядер. Книга восполняет разрыв между имеющимися учебниками, в которых рассматриваемые вопросы излагаются на довольно элементарном и недостаточном для практического ис­ пользования уровне, и монографиями и обзорами, в которых изла­ гаемые в ней вопросы считаются хорошо известными читателю. Поэтому книгу Айзенберга и Грайнера можно считать учебником (или монографией) нового типа, который подготавливает читателя непосредственно к чтению оригинальной литературы. Несомненно, что она будет хорошим помощником и преподавателям, которые теперь в большей степени смогут сосредоточиться на физической стороне дела, и тем, кто решит самостоятельно разобраться в ин­ тересующем их вопросе. Таким образом, можно надеяться, что книга Айзенберга и Грайнера будет «долгожителем» в нашей ли­ тературе.

С. КАМЕРДЖИЕВ

П Р Е Д И С Л О В И Е

Теория структуры ядра долгое время была одной'из наиболее трудных для преподавания областей физики. Дело в том, что мето­ ды, применяемые для изучения ядер, весьма разнообразны, и среди них невозможно выделить достаточно широкие общие темы. Напри­ мер, экспериментально исследовались такие различные явления, как (d, п)-реакции и захват мюонов. Даже те эксперименталь­ ные методы, которые взаимно связаны в силу своей физической природы (например, кулоновское возбуждение, фотоядерные реак­ ции и мюонные атомы, имеющие в основном электромагнитную природу), основываются на совершенно разных свойствах ядерной динамики или статики. Вследствие этого экспериментальная ин­ формация в определенной степени имеет тенденцию к фрагментации, а не к интеграции. Подобная же картина наблюдается и в работах по теории ядра. В попытках описания свойств ядер с помощью феноменологических моделей привлекалось множество специаль­ ных областей физики, которые часто очень далеки друг от друга:, классическая гидродинамика, вращающиеся молекулы, модель оболочек, сверхпроводимость, дисперсионные соотношения и т. д„

При таком положении большинство попыток представить физику ядра в более или менее законченном виде сводилось к написанию обзоров основных результатов в разных областях ядерной физики. Читателю же оставлялась тяжелая работа понять, как первопринципы теории превращаются в детальные количественные предсказа­ ния свойств ядер. Эта работа становится все более трудной по меретого, как литература по ядерной физике, обширная и хаотическая' уже в настоящее время, увеличивается с устрашающей скоростью,, тогда как некоторые наиболее фундаментальные принципы теорив весьма кратко излагаются лишь в оригинальных журнальных статьях. Нам кажется, что настало время попытаться представитьнакопленный материал в компактном, виде и рассмотреть его'

сединой точки зрения.

Всоответствии с этим мы попытались дать замкнутое изложе­ ние физики ядерной структуры, которое отражало бы главные до­ стижения теории и развивало бы их разумным образом. Нашей



целью было представить материал так, чтобы все результаты, кото­ рые мы рассматриваем, были бы последовательно выведены друг из друга. Мы полагали, что физик, который хорошо знаком с глав­ ными направлениями развития теоретической мысли, сможет отно­ сительно легко применить основные методы в других областях ядерной физики. Выполнению указанной программы очень помогли успехи последних лет, которые привели к большему пониманию того, как несвязанные на первый взгляд попытки описания свойств ядер в действительности оказываются тесно связанными, если при этом систематически применяют первопринципы теории.

Настоящее изложение теории структуры ядра состоит из трех томов, каждый из которых, как предполагается, является отдельной книгой, но все вместе дополняют друг друга. Содержание распреде­ ляется по томам следующим образом.

1. Ядерные модели {коллективные и одночаспгичные явления).

В этом томе рассматриваются феноменологические способы описания коллективных вращательных и колебательных свойств ядер, а так­ же эмпирически обоснованные аспекты модели оболочек для сфе­ рических и деформированных ядер.

2.Механизмы возбуждения ядра (электромагнитное и слабое взаимодействия). Здесь рассматриваются главные методы исследо­ вания ядра, которые не приводят к усложнениям, связанным с силь­ но взаимодействующими «пробными» частицами.

3.Микроскопическая теория ядра. Том посвящен описанию ядердных свойств, исходящему из «затравочного» нуклон-нуклон- ного взаимодействия. Он включает обсуждения двух- и трехнуклонных систем, ядерной материи, приближения Хартри — Фока, частично-дырочного формализма, спаривания и их связи с более феноменологическими подходами.

Книги написаны на таком уровне, который делает их полез­ ными для тех, кто прослушал обычный одногодичный курс кван­ товой механики и немного знаком с ядерными явлениями. Они могут служить учебниками по теории ядра для студентов старших курсов, причем для изучения каждого тома требуется приблизи­ тельно один семестр. Это предполагает, конечно, что при работе в аудитории часть материала в каждом томе будет опущена. Мы думаем, что это должно быть именно так: ведь раньше преподава­ тели ядерной физики несли тяжелую ношу разработки весьма скуд­ ного теоретического материала, даваемого в стандартных учеб­ никах. По нашему мнению, лектору лучше было бы сосредоточить­ ся на физической стороне дела, представляющей интерес в его курсе, а на долю учебника оставить задачу информирования студентов и подготовку их к чтению журнальной литературы. Мы надеемся, что эти книги могут быть также использованы для аналогичных целей специалистами по ядерной физике, которые найдут" в них дополнительный материал в областях, связанных со сферой прило­ жения их главных интересов. В частности, мы думаем, что многие- экспериментаторы-ядерщики будут себя чувствовать более уверенно


•с книгой, в которой выполняются промежуточные выкладки, чем •с той книгой, в которой они опущены, — ведь детали опускают­ ься под предлогом простоты, но это обычно приводит лишь К МИСТИіфикации читателя.

Настоящий том является вторым в задуманной серии книг. Он посвящен изложению основ формализма мультипольных полей и квантования электромагнитного поля, а также последующему при­ менению этой техники к описанию явлений фото- и электровоз­ буждения, кулоновского возбуждения и к мюонным атомам. Затем излагается теория слабого взаимодействия в ядрах, при чем осо­ бенно подчеркивается связь между этой теорией и ядерными элект­ ромагнитными процессами. Таким образом, данный том служит

естественной промежуточной

ступенью

между квантовой теорией

"и ее применением в изучении

физики

ядра.

Мы очень хорошо знаем, как много людей помогало нам в напи­ сании книг, и хотим воспользоваться этой возможностью, чтобы выразить им глубокую благодарность. Мы очень обязаны многим физикам за полезные обсуждения, которые привели к прояснению л лучшему отбору материала в этой книге и в остальных томах, —

.докторам Акеру, Барнхилу, Даносу, Финку, Фриске, Фульчеру, Гаю, Келли, Ле-Турне, Нильссону, Пичману, Риттеру, Шейду, Шопперу, Соботке, Спамеру, Спайсеру, Титце, Веберу и Вайтхеду. Один из нас (В. Г.) хочет поблагодарить доктора Кабрера за госте­ приимство, оказанное им в Университете штата Виргиния. Мы так­ же хотим выразить особую благодарность доктору Вайтхеду, а через него Центру современных исследований Университета штата Виргиния за решение многих трудных административных проблем, которое сделало возможным наше сотрудничество. Мы также бла­ годарим в этой связи Немецкое исследовательское общество, Феде­ ральное министерство научных исследований и Гессенское мини­

стерство по

делам

культов.

 

 

Мы очень признательны редакторам Academic

Press, The

Physi­

cal Review,

Physical

Review Letters и Reviews

of Modern

Physics

за любезное разрешение использовать иллюстрации, которые были опубликованы в их журналах.

Наша работа по подготовке рукописи к печати была значительно облегчена благодаря неизменной заботе и терпению многих людей, которые занимались размножением материала. Это прежде всего мисс Левлейн, мисс Кнолле, мисс Пауп, мисс Валкер и мисс Вигент. Миссис Дадакис помогала в получении библиотечных материалов, а мисс Урбанек и мисс Спрингвальд оформляли рисунки. Мы выра­ жаем здесь нашу искреннюю благодарность за всю эту помощь.

Шарлоттесвилле, Виргиния

И.

АЙЗЕНБЕРГ

Апрель 1969 г.

В.

ГРАЙН ЕР


ВВЕДЕНИЕ

Настоящий том посвящен теоретическому описанию различных механизмов реакций, используемых для изучения структуры ядра. С теоретической точки зрения, прежде чем выбрать для изучения ядер какую-либо конкретную реакцию, необходимо рассмотреть два основных вопроса. Во-первых, необходимо понять степень на­ дежности, с которой современная теория может быть применена для описания изучаемого процесса; во-вторых, необходимо выяснить свойства ядерной структуры, к которым чувствительна данная реакция. В реакциях, которые здесь будут обсуждаться, в основном не существенны те эффекты сильных взаимодействий, которые ещенедостаточно понятны. Эти реакции будут главным образом связаны с электромагнитным и слабым взаимодействиями, так что основная часть обсуждаемых проблем будет относиться к структуре ядра, а не к механизму реакции. Кроме того, эти реакции часто обладают тем свойством, что в них возбуждаются ядерные колебания спе­ цифического характера. Соответствующие уровни обычно относят­ ся к возбуждениям, в которых много нуклонов участвует в движе­ нии на равноправной основе. Подобный вид коллективного движе­ ния в ядрах может быть описан с помощью полуфеноменологических теорий, использующих коллективные параметры для построения моделей ядра. При этом ядро рассматривается как непрерывное распределение материи. С другой стороны, и это, быть может, самое удивительное, коллективное движение может быть удовлет­ ворительно описано в рамках модели оболочек, которая с самого начала рассматривает ядро как совокупность взаимодействующих частиц. Изучение и примирение этих двух альтернативных подходов является одним из основных вопросов теории ядерной структуры.

Поэтому следует ожидать, что реакции,

в к'оторых

возбуждаются

коллективные колебания, будут играть

особенно

важную роль

в теории ядра.

 

 

Хорошим примером применения двух указанных подходов яв­ ляется описание гигантского резонанса в фотоядерных реакциях.

В1947 г. было обнаружено [18, 19], что в реакциях, вызываемых у-квантами, в ядрах наблюдаются сильные резонансы при энергиях 12—20 Мэв. Эти резонансы, как теперь известно, являются общим;

свойством, найденным во всех ядрах, и соответствуют возбуждению ядра электрической дипольной компонентой налетающего фотона. То, что электрическое дипольное возбуждение электромагнитной