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

волной является предпочтительным в том случае, когда длина волны •больше размеров возбуждаемой системы, — хорошо известный и весьма общий факт. Следовательно, преобладание этой компоненты в фотовозбуждении при указанных энергиях в действительности содержит лишь немного больше информации, чем подтверждение того, что размеры ядер малы. Но понимание того, что уровни, лучше всего возбуждаемые в дипольных переходах, все сосредоточены в одной и той же области энергий, и что эта область в разных ядрах находится примерно в одном и том же месте энергетического спектра, является следствием наших знаний о структуре ядра. Оказывается, •что рассматриваемые возбуждения соответствуют колебаниям про­ тонов относительно друг друга, и поэтому они называются изоспиновыми колебаниями*. Феноменологически такое движение может •рассматриваться как колебания сферы протонов относительно сферы нейтронов или как колебания во взаимопроникающих про­ тонной и нейтронной жидкостях, находящихся в сферическом или эллипсоидальном ящике. Однако можно также описать гигантский дипольный резонанс в рамках модели оболочек. В этом случае при образовании соответствующих уровней происходит переход час­ тицы из последней заполненной оболочки остова в следующую оболочку. Связи между этими двумя способами рассмотрения ги­ гантского резонанса могут быть изучены весьма подробно.

Колебания, соответствующие гигантскому фотоядерному резо­ нансу, могут также возбуждаться в неупругом рассеянии электро­ нов. При малых переданных импульсах такой процесс по существу эквивалентен фотовозбуждению и, следовательно, проявляет ос­ новные свойства тех же самых протон-нейтронных осцилляции. По мере того как увеличивается импульс, переданный ядру электроном, начинает играть роль новый вид коллективного движения. Нале­ тающий электрон становится чувствительным к той части ядерного тока, которая связана с намагниченностью, и в результате воз­ буждаются уровни, которые соответствуют тому, что мы будем называть спин-изоспиновыми колебаниями. Эти колебания соот­ ветствуют ситуации, когда протоны со спином «вверх» и нейтроны со спином «вниз» совершают колебания относительно протонов со спи­ ном «вниз» и нейтронов со спином «вверх» (рис. В.1). Как и в случае -фотопоглощения и возбуждения изоспиновых колебаний, нет ничего удивительного в том, что при подробном рассмотрении механизма электровозбуждения эти спин-изоспиновые колебания должны появ­ ляться в основном при не очень больших переданных импульсах. Удивительно то, что в эксперименте соответствующие уровни обна­ руживаются в весьма узкой области энергий возбуждений, и эта область довольно хорошо совпадает с областью фотоядерного ги-

* Здесь и в дальнейшем авторы используют слово mode для обозначения конкретного вида колебаний. В русской литературе по ядерной физике это слово, обычно переводимое как мода, приживается с большим трудом и, по-видимому, пока не является необходимым. Поэтому оно переводилось как лолебание с тем определением, которое есть в тексте. — Прим. перев.

гантского резонанса. И опять, причины таких специфических свойствзаключаются в ядерной структуре указанных коллективных коле­ баний и, в частности, связаны с тем фактом, что ядерные силы от­ носительно слабо зависят от спиновых и изоспиновых состояний, взаимодействующих нуклонов.

Возбуждение изоспиновых и спин-изоспиновых колебаний играет также решающую роль в реакции мюонного захвата. Поэтому данная реакция может быть использована для изучения таких колебаний, и, наоборот, хорошее понимание их свойств особенно важно для. выполнения полной программы описания слабого взаимодействия. Использование мюонного захвата для изучения структуры ядра несколько затруднено, поскольку нельзя экспериментально на-

Рнс. В.1. Графическая иллюстрация изоспиновых (а) и спинизоспиновых (б) колебании ядра. Вертикальные стрелки показывают направление спина.

блюдать вылетающие нейтрино; чтобы получить спектр возбужде­ ния, необходимо наблюдать нуклоны, испущенные после захвата^ Это в свою очередь приводит ко всем трудностям физики сильных: взаимодействий в теории ядерных реакций. Ситуация отчасти об­ легчается благодаря тому, что можно связать мюонный захват с радиационным поглощением пионов. В последнем процессе свя­ занный отрицательный пион поглощается ядром с испусканием вы­ сокоэнергетического фотона, который уносит большую часть энер­ гии, соответствующей массе покоя пиона. При этом очень легко воз­ буждается много спин-изоспиновых колебаний и, так как вылетаю­ щий фотон является наблюдаемым, можно непосредственно изме­ рять распределение энергии возбуждения ядра по спин-изоспи- новым уровням.

В данном томе в основном обсуждаются лишь те аспекты ядер­ ных взаимодействий, которые можно понять без привлечения слож­ ных моделей ядерной структуры. Несколько примеров очень про­ стых моделей ядра используются для иллюстративных целей; более подробно модели ядерной структуры рассматриваются в двух других томах. В частности, в первом томе обсуждаются феноменологи­ ческие модели, описывающие коллективные формы ядерного дви­ жения, а во втором — микроскопические подходы к теории струк­ туры ядра.

автоматически включающие в себя некоторые из этих ограниче­ ний. Такими величинами являются потенциалы А и ср. Если первый из них определить соотношением

то четвертое уравнение Максвелла будет удовлетворяться для любого А. Подставляя (1.4) в (1.1в), получаем

чае главное в формализме определяется тем, что ядерный гамиль­

личинами j и р, характеризующими источники, довольно неудобным