《原子物理喾》第七章原子物理概论 57-3核力核力:核子紧密结合形成高密度核的力 核的半径(实验规律给出:R=nA经验常数5≈1.2m 核的质量密度:p Zm,+Nm, Au ≈2×104kg/cm3 TR 3 4.核力的基本性质 1)力是具有饱和性的短程力核力的两个重要特性:包和性 核力是一种短程强相互作用力只作用于相邻的核子核的结合能近似与A 成正比比结合能B八A近似为常数表明核力是具有明显饱和性的交换力核 的结合能正比于核的体积这与液体相像 2)核力是与电荷无关的强相互作用核力强度约为库仑力的10倍 海森堡于13年假设:b核力与电荷无关肤子和中向的按力相等 些假设于1937年为实验初步证明,1946-1955年间为更精确的实验确证21
21 《原子物理学》第七章 原子核物理概论 §7-3 核力 核力：核子紧密结合形成高密度核的力 核的半径(由实验规律给出): 1/ 3 R = r0A 经验常数 r0 1.2 fm 核的质量密度： 1 4 3 3 0 3 2 10 / 3 4 3 4 kg cm r A Au R Zmp Nmn + = 4.核力的基本性质 1)核力是具有饱和性的短程力 核力的两个重要特性: 短程性 饱和性 核力是一种短程强相互作用力,只作用于相邻的核子.核的结合能近似与A 成正比,比结合能B/A近似为常数,表明核力是具有明显饱和性的交换力.核 的结合能正比于核的体积,这与液体相像. 2)核力是与电荷无关的强相互作用 核力强度约为库仑力的100倍. 海森堡于1932年假设： a)电荷对称性:质子间、中子间的核力相等; b)核力与电荷无关:质子和中子间的核力相等. 此假设于1937年为实验初步证明,1946-1955年间为更精确的实验确证
《原子物理喾》第七章原子物理概论 3)核力在极短程表现为斥力 核子的作用势:由p-p、n-p的散射实验得出 因无法制备纯中子靶而无法 Pp 进行n-n散射实验但间接实验 证明有相似的大致规律) 核子间距<2m范围内 还有很多问题有待解决。 核力表现为“强引力 00.82 核力消失 核力表现为“斥 4)核力与自旋有关(子自旋平行和自旋相反时散射截面也不同 22
22 《原子物理学》第七章 原子核物理概论 3)核力在极短程表现为斥力 核子的作用势：由p-p、n-p的散射实验得出 Vpp r 0 Vnp 0 r r/fm 0 0.8 2 10 核力表现为“斥 力” 核力表现为“强引力” 核力消失 核子间距＜2fm范围内, 还有很多问题有待解决。 因无法制备纯中子靶而无法 进行n-n散射实验,但间接实验 证明有相似的大致规律)。 4)核力与自旋有关 两核子自旋平行时总自旋为1,此时作用力较强. (核子自旋平行和自旋相反时散射截面也不同)
《原子物理喾》第七章原子物理概论 费曼图在时空平面内表示相互作用的方法 以两个电子间的相互作用为例:两个电子通过交 换光子而实现但若光子的能量为Wv则违反守 恒律(不允许)故称之为“虚光子”交换光子r 的过程为“虚过程” 核力的介子理论 虚光子 △x (汤川秀树于1935年提出的假设) 费曼图 子”是核力的“传播子 汤川认为核子也能发射和吸收某种虚粒子(“介子”),虛粒孑的交 换将伴随能量和动量的转移,从而导致两个核子之间的相互作用 核孑间的相互作用是由于交换介子场的量子即“介子”)而引起的。 汤川由力程预言介子的质量介于电子和核子之间(mn=275m2),但直 到1947年才找到,称为m介子,有三种:x+,丌,丌0 由于测不准原理,虚粒子可以不满足能量、动量守恒
23 《原子物理学》第七章 原子核物理概论 费曼图: 在时空平面内表示相互作用的方法 费曼图 x t t x 以两个电子间的相互作用为例：两个电子通过交 换光子而实现.但若光子的能量为 则违反守 恒律（不允许）,故称之为“虚光子”.交换光子 的过程为“虚过程”. h 1 e 1 e 2 e 2 e 核力的介子理论 虚光子 （汤川秀树于1935年提出的假设） “介子”是核力的“传播子” 汤川认为核子也能发射和吸收某种虚粒子（“介子”），虚粒子的交 换将伴随能量和动量的转移，从而导致两个核子之间的相互作用. 核子间的相互作用是由于交换介子场的量子(即“介子”)而引起的。 汤川由力程预言介子的质量介于电子和核子之间( )，但直 到1947年才找到，称为π介子，有三种: m = 275me 0 , , + − 由于测不准原理，虚粒子可以不满足能量、动量守恒
《原子物理喾》第七章原子物理概论 核子交换丌介子的方式 P 元 n P a (a)、(b):两个核子交换位置,所以交换丌介子所产生的核力是交换力 (c):核子不变,所以交换丌介子所产生的核力是非交换力 所以核力是交换力和非交换力的混合 核力的介子理论是解决央核本性的一个方向,在一些相关实验中已得到 检验,但对核孑间高能碰撞的实验事实等无能为力。可见人们对核力的 认识还很肤浅。 24
24 核子交换 介子的方式 《原子物理学》第七章 原子核物理概论 p n + n p （a） n p − p n （b） n(p) n(p) 0 n(p) n(p) （c） (a)、(b):两个核子交换位置，所以交换 介子所产生的核力是交换力。 (c) :核子不变，所以交换 介子所产生的核力是非交换力。 0 所以核力是交换力和非交换力的混合 核力的介子理论是解决核本性的一个方向，在一些相关实验中已得到 检验，但对核子间高能碰撞的实验事实等无能为力。可见人们对核力的 认识还很肤浅
《原子物理喾》第七章原子物理概论 §7-4核的基态特性之二:核矩 核自旋原子核自身的角动量通常称为核的自旋 泡利电子自旋假设提出(1924年)之前,为解释原子光谱的超精细结构, 就提出了核自旋的假设。但只有在1932年查德威克发现中子以后,人们 才理解核自旋的起源 中子 核子的自旋和各种复 质子→自旋为1/2h的费米子杂相对运动的角动量 总和就是核的自旋 电子 核的自旋是核固有的与核的外部运动无关 偶偶核的自旋为0; 原子核基态的自旋规律奇偶核的自旋都是的半整数倍 奇奇核的自旋都是的整数倍
25 《原子物理学》第七章 原子核物理概论 §7-4 核的基态特性之二：核矩 核自旋 原子核自身的角动量通常称为核的自旋 泡利电子自旋假设提出(1924年)之前，为解释原子光谱的超精细结构, 就提出了核自旋的假设。但只有在1932年查德威克发现中子以后，人们 才理解核自旋的起源. 中子 质子 电子 自旋为 1/ 2 的费米子 核子的自旋和各种复 杂相对运动的角动量 总和就是核的自旋 核的自旋是核固有的,与核的外部运动无关. 原子核基态的自旋规律 偶偶核的自旋为0; 奇偶核的自旋都是的半整数倍; 奇奇核的自旋都是的整数倍