第三章 核力.ppt

第三章 核力 说明 一、研究途径：1、唯象（**） 2、量子场论 二、核力：短程强相互作用 三、两核子体系： 1、两体作用V：假定两个核子之间的作用跟其近旁有无其他核子无关 2、类型：1）中子－质子（np）：有一稳定的束缚态－氘核基态 2）质子－质子（pp）：无束缚态 3）中子－中子（nn）：无束缚态 说明 四、同位旋 1、同位旋：把中子和质子看成是核子的两个不同状态，用同位旋 t 描述核子处于中子或质子状态。 2、质子：t3 =1/2; 中子： t3 = -1/2 3、核子的总同位旋： 4、同位旋第三分量： 5、同位旋量子数满足： 核基态同位旋： 6、同位旋多重态：A、自旋、宇称及T都相同，但是T3不同的各个态。 Ch3.1 氘核基态 一、中心力3S1态 1、量子力学处理方法：质心运动＋相对运动 相互作用只考虑相对运动 2、核子相互作用势V=V(r,p, б1,б2) r 核子间相对位置 p 相对动量 б1,б2 ：泡利算符，表示核子自旋 核子自旋算符s: s=?б/2,量子数s=1/2 3、氘核只有一个束缚态,E=-2.2246Mev 束缚态:能量小于势垒高度，粒子被约束在有限的空间内运动，他的波函数在无限远处为零 Ch3.1 氘核基态 4、球形直角势阱 1）表示 2）薛定愕方程： 3）求解 Ch3.1 氘核基态 Ch3.1 氘核基态 Ch3.1 氘核基态 Ch3.1 氘核基态 由于核子磁矩与角动量有关(P12)，实验常通过测磁矩来得到自旋。有 Ch3.1 氘核基态 Ch3.2 核子－核子散射 一、低能核子－核子散射 1、n-p散射 有效力程 核力是短程力 散射截面 2、低能p-p散射和核力的电荷无关性 相对运动状态和自旋态相同时，核子间的作用与电荷无关。 二、高能核子－核子散射 1、核力的自旋-轨道耦合力成分 n-p散射：出射的中子部分极化，说明存在非中心力场。但计算表明：仅非中心力场不能给出与实验相符的极化度。 自旋-轨道耦合力： 自旋-轨道耦合作用只存在于自旋三重态中 实验表明：核力具有交换性 Ch3.2 核子－核子散射 散射截面 scattering cross section 描述微观粒子散射概率的一种物理量。又称碰撞截面，简称截面。一种运动中的粒子碰撞另一种静止粒子时，如果在单位时间内通过垂直于运动方向单位面积上的运动粒子数为1，静止粒子数也是1，则单位时间发生碰撞的概率称为碰撞截面，截面的量纲与面积的量纲相同，单位是靶恩，1靶恩=10-28米2，与核反应截面的含义相同。如果碰撞为弹性散射，相应的截面称为弹性截面，如果碰撞为非弹性散射，相应的截面称为非弹性截面。根据粒子散射截面的分析可获得许多有关粒子的信息。 散射截面是在卢瑟夫α散射实验以后提出来的，是指放射源的α粒子从铅盒小孔水平射出，打到金属箔上向四面八方飞出，在垂直或平行α粒子速度方向上的截面称散射截面，在这样的截面上的萤光屏上可看到光点，这样可分析出散射情况 Ch3.2 核子－核子散射 Ch3.2 核子－核子散射 核力的排斥力芯（核子不能无限靠近） 核子相距0.8-2.0fm时，表现为吸引力 核子相距小于0.8fm时，表现为排斥力 核子相距大于10fm时，核力几乎完全消失 Ch3.3 核力的主要性质 核力的主要性质 原子核的密度1014g/cm3。 核力是强相互作用:核力约比库仑力大100倍 核力的短程性：核力的力程为fm量级 核力的饱和性：核力具有饱和性 核力的电荷无关性：Fpp=Fnn=Fnp Ch3.4 核力的介子理论 现代物理学认为：电磁相互作用是带电粒子间交换“虚光子”而产生的交换力。 核子间的作用是由于交换介子引起的。 小结 Ch3.1 氘核基态（*） Ch3.2 核子－核子散射 Ch3.3 核力的主要性质（ *） Ch3.4 核力的介子理论 * * 5/2+ 1/2+ 1/2- 5/2- 3/2- 3/2+ 3/2- 0.87 5.38 3.85 4.55 5.08 3.08 0.50 3.10 3.86 4.69 5.10 5.52 5/2+ 1/2+ 1/2- 5/2- 3/2- 3/2+ 3/2- 图1 核力的电荷无关性 r V -V0 rN 二、 3S1态与3D1态的混合 z S Sz S l 状态 0 1 1 0 1 2 1P1 3S1 3P1 3D1 测得氘核距μd=0.857μN,但μS－ μd=0.022μN，远超实验误差，说明氘核不可能是纯3S1态，而是不同l态的组合。如 ?d (3S1)= 0.87981 ?N ?dexp= 0.8574376 ?N ?d (3D1)= 0.310 ?N ? ?d =96% ?d (3S1)+ 4%?d (3D1) 三、非中心力（介