原子核的宇稱(chēng)

原子核的宇稱(chēng)第1頁(yè)，共14頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1.5原子核的宇稱(chēng)空間反演變換表示與某一坐標(biāo)軸重疊，空間反演就與鏡面反射等價(jià)。，如果空間反演下物理規(guī)律的不變性,與它的鏡像過(guò)程服從相同的物理規(guī)律等價(jià)。1.宇稱(chēng)的概念1927年E.P.Wigner提出的,是描述空間反演運(yùn)算的物理量。(1902-1995)1963諾貝爾物理獎(jiǎng)-維格納

宇稱(chēng)的概念是微觀(guān)世界中所特有的，它是微觀(guān)體系在空間反演變換下具有對(duì)稱(chēng)性時(shí)，所相應(yīng)的守恒量第2頁(yè)，共14頁(yè)，2023年，2月20日，星期五如果狀態(tài)波函數(shù)是空間反演算符的本征態(tài)，K是該算符的本征值，那么：對(duì)上式再作一次空間反演變換：因此：空間反演算符由于：第3頁(yè)，共14頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1)k＝＋1

的情況：

這表明描述粒子狀態(tài)的波函數(shù)在空間反演后有兩種可能的結(jié)果：2)k＝－1

的情況：偶宇稱(chēng)奇宇稱(chēng)第4頁(yè)，共14頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.空間反演不變性與宇稱(chēng)守恒微觀(guān)粒子的物理規(guī)律由Sch?dinger方程描述，在空間反演下，粒子態(tài)的波函數(shù)為，

微觀(guān)粒子在空間反演下滿(mǎn)足物理規(guī)律不變要求，

即，第5頁(yè)，共14頁(yè)，2023年，2月20日，星期五即，空間反演下物理規(guī)律不變等價(jià)于H(r)不變。因此有：即，與H對(duì)易，宇稱(chēng)量子數(shù)K是好量子數(shù)，不隨時(shí)間改變。宇稱(chēng)守恒定律：即一個(gè)孤立系統(tǒng)的宇稱(chēng)，奇則永遠(yuǎn)為奇，偶則永遠(yuǎn)為偶。若體系發(fā)生變化，體系變化前后宇稱(chēng)相同，它的值不隨時(shí)間改變，即微觀(guān)體系的宇稱(chēng)保持不變。第6頁(yè)，共14頁(yè)，2023年，2月20日，星期五原子核的宇稱(chēng)（見(jiàn)P17）原子核是由中子和質(zhì)子組成的微觀(guān)體系，它的狀態(tài)可以近似地用中心力場(chǎng)中獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的諸核子波函數(shù)的乘積來(lái)描寫(xiě):故決定了宇稱(chēng)是相乘量子數(shù)。若各個(gè)粒子的軌道角動(dòng)量分別為則這個(gè)體系的總軌道宇稱(chēng)為第7頁(yè)，共14頁(yè)，2023年，2月20日，星期五作為微觀(guān)粒子，除了軌道宇稱(chēng)，還應(yīng)該有內(nèi)稟宇稱(chēng)，它和粒子內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。如果考慮到粒子的內(nèi)稟宇稱(chēng)，上述n個(gè)粒子體系的總宇稱(chēng)為：質(zhì)子、中子、電子等的內(nèi)稟宇稱(chēng)為偶,為+1。

介子、光子等,其內(nèi)稟宇稱(chēng)為奇，為-1。

第8頁(yè)，共14頁(yè)，2023年，2月20日，星期五由于核子的內(nèi)稟宇稱(chēng)為正，所以，質(zhì)量數(shù)為A的原子核的宇稱(chēng)為：即核的宇稱(chēng)是組成核的各個(gè)核子的軌道宇稱(chēng)之積。以符號(hào)表示核的自旋和宇稱(chēng)。強(qiáng)相互作用、電磁相互作用宇稱(chēng)守恒；注意：弱相互作用宇稱(chēng)不守恒。第9頁(yè)，共14頁(yè)，2023年，2月20日，星期五4、原子核基態(tài)的自旋和宇稱(chēng)基態(tài)，指質(zhì)子和中子都填滿(mǎn)最低一些能級(jí)，這時(shí)，原子核的能量最低。激發(fā)態(tài)，指核子處于較高能級(jí)而其較低能級(jí)未填滿(mǎn)，這時(shí)，原子核的能量較高。第10頁(yè)，共14頁(yè)，2023年，2月20日，星期五對(duì)于偶偶核，當(dāng)偶數(shù)個(gè)核子處于最低那些能級(jí)時(shí)，在每一個(gè)能級(jí)上所占有的核子數(shù)都是偶數(shù)。由于同一能級(jí)中的偶數(shù)個(gè)核子具有同樣大小的角動(dòng)量j

,而且由于對(duì)力的作用，成對(duì)的兩個(gè)核子的j

的方向相反，因而，同一能級(jí)的所有核子的角動(dòng)量矢量和為零，則質(zhì)子殼層和中子殼層都具有等于零的角動(dòng)量。所以偶偶核的自旋為零，偶偶核中每一能級(jí)的核子數(shù)為偶，因此它的宇稱(chēng)為正。對(duì)于奇A核，由于其余偶數(shù)個(gè)核子的貢獻(xiàn)，相當(dāng)于一個(gè)偶偶核的貢獻(xiàn)，因此，原子核的自旋應(yīng)與最后一個(gè)奇核子的角動(dòng)量j

相同。宇稱(chēng)由那個(gè)奇核子的軌道量子數(shù)l

來(lái)決定。即，奇

A

核的狀態(tài)由單個(gè)非成對(duì)的核子的狀態(tài)決定。這種模型也叫單粒子模型。第11頁(yè)，共14頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第12頁(yè)，共14頁(yè)，2023年，2月20日，星期五奇奇核的自旋由最后一個(gè)奇中子和奇質(zhì)子耦合而成。由于中子和質(zhì)子的自旋都是1/2，而軌道角動(dòng)量總是整數(shù)，因此，耦合結(jié)果必定是整數(shù)。奇奇核的宇稱(chēng)同樣由兩個(gè)奇核子的狀態(tài)決定，核的宇稱(chēng)為：第13頁(yè)，共14頁(yè)，2023年，2月20日，星期五＃補(bǔ)充：原子核的能態(tài)及其特征量原子核是由核子組成的微觀(guān)體系。和原子相似，原子核也有能態(tài)結(jié)構(gòu)，同樣有核的基態(tài)和激發(fā)態(tài)。由于核力是強(qiáng)相互作用力，核激發(fā)態(tài)的激發(fā)能比原子要高得多。