第三章核力第三章核力1說明一、研究途徑：1、唯象（**）2、量子場(chǎng)論二、核力：短程強(qiáng)相互作用三、兩核子體系：1、兩體作用V：假定兩個(gè)核子之間的作用跟其近旁有無(wú)其他核子無(wú)關(guān)2、類型：1）中子－質(zhì)子（np）：有一穩(wěn)定的束縛態(tài)－氘核基態(tài)2）質(zhì)子－質(zhì)子（pp）：無(wú)束縛態(tài)3）中子－中子（nn）：無(wú)束縛態(tài)說明一、研究途徑：1、唯象（**）2說明四、同位旋1、同位旋：把中子和質(zhì)子看成是核子的兩個(gè)不同狀態(tài)，用同位旋t描述核子處于中子或質(zhì)子狀態(tài)。2、質(zhì)子：t3

=1/2;中子：t3

=-1/23、核子的總同位旋：4、同位旋第三分量：說明四、同位旋35、同位旋量子數(shù)滿足：核基態(tài)同位旋：6、同位旋多重態(tài)：A、自旋、宇稱及T都相同，但是T3不同的各個(gè)態(tài)。5/2+1/2+1/2-5/2-3/2-3/2+3/2-0.875.383.854.555.083.080.503.103.864.695.105.525/2+1/2+1/2-5/2-3/2-3/2+3/2-圖1核力的電荷無(wú)關(guān)性5、同位旋量子數(shù)滿足：5/2+1/2+1/2-5/2-3/24Ch3.1氘核基態(tài)一、中心力3S1態(tài)1、量子力學(xué)處理方法：質(zhì)心運(yùn)動(dòng)＋相對(duì)運(yùn)動(dòng)相互作用只考慮相對(duì)運(yùn)動(dòng)2、核子相互作用勢(shì)V=V(r,p,

б1,б2)r核子間相對(duì)位置p相對(duì)動(dòng)量б1,б2：泡利算符，表示核子自旋核子自旋算符s:s=?б/2,量子數(shù)s=1/23、氘核只有一個(gè)束縛態(tài),E=-2.2246Mev束縛態(tài):能量小于勢(shì)壘高度，粒子被約束在有限的空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)，他的波函數(shù)在無(wú)限遠(yuǎn)處為零Ch3.1氘核基態(tài)一、中心力3S1態(tài)5Ch3.1氘核基態(tài)4、球形直角勢(shì)阱1）表示2）薛定愕方程：3）求解rV-V0rNCh3.1氘核基態(tài)4、球形直角勢(shì)阱rV-V0rN6Ch3.1氘核基態(tài)Ch3.1氘核基態(tài)7Ch3.1氘核基態(tài)Ch3.1氘核基態(tài)8Ch3.1氘核基態(tài)二、3S1態(tài)與3D1態(tài)的混合zSSzCh3.1氘核基態(tài)二、3S1態(tài)與3D1態(tài)的混合zSSz9Ch3.1氘核基態(tài)由于核子磁矩與角動(dòng)量有關(guān)(P12)，實(shí)驗(yàn)常通過測(cè)磁矩來得到自旋。有Sl狀態(tài)0110121P13S13P13D1Ch3.1氘核基態(tài)由于核子磁矩與角動(dòng)量有關(guān)(P12)，實(shí)驗(yàn)10Ch3.1氘核基態(tài)測(cè)得氘核距μd=0.857μN(yùn),但μS－μd=0.022μN(yùn)，遠(yuǎn)超實(shí)驗(yàn)誤差，說明氘核不可能是純3S1態(tài)，而是不同l態(tài)的組合。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（介子場(chǎng)論）與核子間相對(duì)位置r的取向有關(guān)。r的取向可以用б1,б2,r三者的點(diǎn)積有關(guān)，用S表示，(S,r)就是r的極角。勢(shì)函數(shù)Ch3.1氘核基態(tài)測(cè)得氘核距μd=0.857μN(yùn),但μS－11Ch3.2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散射和核力的電荷無(wú)關(guān)性相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和自旋態(tài)相同時(shí)，核子間的作用與電荷無(wú)關(guān)。二、高能核子－核子散射1、核力的自旋-軌道耦合力成分n-p散射：出射的中子部分極化，說明存在非中心力場(chǎng)。但計(jì)算表明：僅非中心力場(chǎng)不能給出與實(shí)驗(yàn)相符的極化度。自旋-軌道耦合力：自旋-軌道耦合作用只存在于自旋三重態(tài)中實(shí)驗(yàn)表明：核力具有交換性Ch3.2核子－核子散射一、低能核子－核子散射12Ch3.2核子－核子散射散射截面scatteringcrosssection

描述微觀粒子散射概率的一種物理量。又稱碰撞截面，簡(jiǎn)稱截面。一種運(yùn)動(dòng)中的粒子碰撞另一種靜止粒子時(shí)，如果在單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于運(yùn)動(dòng)方向單位面積上的運(yùn)動(dòng)粒子數(shù)為1，靜止粒子數(shù)也是1，則單位時(shí)間發(fā)生碰撞的概率稱為碰撞截面，截面的量綱與面積的量綱相同，單位是靶恩，1靶恩=10-28米2，與核反應(yīng)截面的含義相同。如果碰撞為彈性散射，相應(yīng)的截面稱為彈性截面，如果碰撞為非彈性散射，相應(yīng)的截面稱為非彈性截面。根據(jù)粒子散射截面的分析可獲得許多有關(guān)粒子的信息。散射截面是在盧瑟夫α散射實(shí)驗(yàn)以后提出來的，是指放射源的α粒子從鉛盒小孔水平射出，打到金屬箔上向四面八方飛出，在垂直或平行α粒子速度方向上的截面稱散射截面，在這樣的截面上的螢光屏上可看到光點(diǎn)，這樣可分析出散射情況Ch3.2核子－核子散射散射截面scatteringc13Ch3.2核子－核子散射圖2空心圓錐體

圖1

α粒子散射截面

dσ稱為有效散射截面，凡是擊中這一截面積的α粒子都被散射到dΩ之中。定義為微分截面，表示α粒子散射到θ角附近單位立體角內(nèi)每個(gè)原子有效散射截面Ch3.2核子－核子散射圖2空心圓錐體圖1α粒子散射14Ch3.2核子－核子散射核力的排斥力芯（核子不能無(wú)限靠近）核子相距0.8-2.0fm時(shí)，表現(xiàn)為吸引力核子相距小于0.8fm時(shí)，表現(xiàn)為排斥力核子相距大于10fm時(shí)，核力幾乎完全消失VppVnpVnnrrCh3.2核子－核子散射核力的排斥力芯（核子不能無(wú)限靠近）15Ch3.3核力的主要性質(zhì)核力的主要性質(zhì)原子核的密度1014g/cm3。核力是強(qiáng)相互作用:核力約比庫(kù)侖力大100倍核力的短程性：核力的力程為fm量級(jí)核力的飽和性：核力具有飽和性核力的電荷無(wú)關(guān)性：Fpp=Fnn=FnpCh3.3核力的主要性質(zhì)核力的主要性質(zhì)16Ch3.4

核力的介子理論現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為：電磁相互作用是帶電粒子間交換“虛光子”而產(chǎn)生的交換力。核子間的作用是由于交換介子引起的。核力介子介子質(zhì)量估計(jì)：1947年發(fā)現(xiàn)介子：ppppp