原子核的宇称幻灯片.ppt

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1、原子核的宇称第1页，共14页，编辑于2022年，星期五1.5 1.5 原子核的宇称原子核的宇称空间反演空间反演变换表示变换表示与某一坐标轴重叠，与某一坐标轴重叠，空间反演空间反演就与就与镜面反镜面反射射等价。等价。，如果，如果 空间反演空间反演下下物理规律物理规律的的不变性不变性,与它的与它的镜像过程镜像过程服从服从相同的物理规律相同的物理规律等价等价。1.1.宇称宇称的概念的概念1927年年E.P.E.P.Wigner提提出出的的,是是描描述述空间反演空间反演运算的物理量。运算的物理量。(1902-(1902-1995)1995)19631963诺贝诺贝尔物尔物理奖理奖 -维格维格纳纳 宇宇

2、称称的的概概念念是是微微观观世世界界中中所所特特有有的的，它它是是微微观观体体系系在在空空间反演变换下具有对称性时间反演变换下具有对称性时，所相应的，所相应的守恒量守恒量第2页，共14页，编辑于2022年，星期五 如果如果状态波函数状态波函数是是空间反演算符空间反演算符的的本征态本征态，K K 是该算符是该算符的的本征值本征值，那么：，那么：对上式对上式再再作一次空间反演变换：作一次空间反演变换：因此：因此：空间反演算符空间反演算符由于：由于：第3页，共14页，编辑于2022年，星期五1)1)k k 1 1 的情况：的情况：这表明描述粒子状态的这表明描述粒子状态的波函数波函数在在空间反演空间反

3、演后有两种可能后有两种可能的结果：的结果：2)2)k k 1 1 的情况：的情况：偶宇称偶宇称奇宇称奇宇称第4页，共14页，编辑于2022年，星期五2.空间反演不变性空间反演不变性与与宇称守恒宇称守恒 微观粒子的物理规律由微观粒子的物理规律由Schdinger方程方程描述，描述，在在空间反演空间反演下，粒子态的波函数为，下，粒子态的波函数为，微观粒子在微观粒子在空间反演空间反演下满足下满足物理规律不变物理规律不变要求，要求，即，即，第5页，共14页，编辑于2022年，星期五即，即，空间反演空间反演下下物理规律不变物理规律不变等价于等价于H(r)不变不变。因此有：因此有：即，即，与与H对对易易，

4、宇宇称称量量子子数数K K 是是好好量量子子数数，不不随随时时间间改变改变。宇称守恒定律宇称守恒定律：即即一一个个孤孤立立系系统统的的宇宇称称，奇奇则则永永远远为为奇奇，偶偶则则永永远远为为偶偶。若若体体系系发发生生变变化化，体体系系变变化化前前后后宇宇称称相相同同，它它的的值值不不随随时间改变，即微观体系的宇称保持不变。时间改变，即微观体系的宇称保持不变。第6页，共14页，编辑于2022年，星期五3.3.原子核的宇称原子核的宇称 （见（见P17P17）原子核原子核是由是由中子中子和和质子质子组成的组成的微观体系微观体系，它，它的状态可以的状态可以近似地近似地用中心力场中独立运动的用中心力场中

5、独立运动的诸核子诸核子波函数波函数的的乘积乘积来描写来描写:故决定了故决定了宇称宇称宇称宇称是是相乘量子数相乘量子数相乘量子数相乘量子数。若各个粒子的轨道角动量分别为若各个粒子的轨道角动量分别为 则这个体系的则这个体系的总轨道宇称总轨道宇称为为 第7页，共14页，编辑于2022年，星期五 作作为为微微观观粒粒子子，除除了了轨轨轨轨道道道道宇宇宇宇称称称称，还还应应该该有有内内内内禀禀禀禀宇宇宇宇称称称称，它它和和粒粒子子内内部部结结构构有有关关。如如果果考考虑虑到到粒粒子子的的内内禀禀宇宇称称，上上述述n个个粒粒子体系的子体系的总宇称总宇称总宇称总宇称为：为：质子、中子、电子质子、中子、电子等

6、的等的内禀宇称内禀宇称为为偶偶,为为+1+1。介子、光子介子、光子等等,其其内禀宇称内禀宇称为为奇，为奇，为-1-1。第8页，共14页，编辑于2022年，星期五 由由于于核核子子的的内内禀禀宇宇称称为为正正，所所以以，质质量量数数为为A A的的原原原原子子子子核核核核的的宇称宇称为：为：即即核的宇称核的宇称是组成核的是组成核的各个核子各个核子的的轨道宇称之积轨道宇称之积。以符号以符号 表示核的表示核的自旋自旋和和宇称宇称。强相互作用、电磁相互作用强相互作用、电磁相互作用宇称守恒宇称守恒；注意：注意：弱相互作用弱相互作用宇称不守恒宇称不守恒。第9页，共14页，编辑于2022年，星期五4、原子核基

7、态的自旋和宇称、原子核基态的自旋和宇称基态基态，指质子和中子，指质子和中子都填满最低一些能级都填满最低一些能级，这时，原，这时，原子核的子核的能量最低能量最低。激发态激发态，指核子处于较高能级而其，指核子处于较高能级而其较低能级未填满较低能级未填满，这时，原子核的这时，原子核的能量较高能量较高。第10页，共14页，编辑于2022年，星期五 对于偶偶核对于偶偶核，当偶数个核子处于最低那些能级时，在每一，当偶数个核子处于最低那些能级时，在每一个能级上所占有的核子数都是个能级上所占有的核子数都是偶数偶数。由于同一能级中的偶数。由于同一能级中的偶数个核子具有同样大小的角动量个核子具有同样大小的角动量

8、j,而且由于而且由于对力对力的作用，成的作用，成对的两个核子对的两个核子的的 j 的的方向相反方向相反，因而，同一能级的所有核子，因而，同一能级的所有核子的角动量矢量和为零，则的角动量矢量和为零，则质子壳层和中子壳层都具有等于质子壳层和中子壳层都具有等于零的角动量零的角动量。所以偶偶核的。所以偶偶核的自旋为零自旋为零，偶偶核中每一能级，偶偶核中每一能级的核子数为偶，因此它的的核子数为偶，因此它的宇称为正宇称为正。对于奇对于奇 A 核核，由于其余偶数个核子的贡献，相当于一，由于其余偶数个核子的贡献，相当于一个偶偶核的贡献，因此，原子核的自旋应与个偶偶核的贡献，因此，原子核的自旋应与最后一个奇核子

9、最后一个奇核子的角动量的角动量 j 相同。宇称由相同。宇称由那个奇核子那个奇核子的轨道量子数的轨道量子数 l 来决定。来决定。即，即，奇奇 A 核的状态核的状态由由单个非成对单个非成对的的核子的状态决定核子的状态决定。这种。这种模型也叫模型也叫单粒子模型单粒子模型。第11页，共14页，编辑于2022年，星期五第12页，共14页，编辑于2022年，星期五 奇奇奇奇核核的的自自旋旋由由最最后后一一个个奇奇中中子子和和奇奇质质子子耦耦合合而而成成。由由于于中中子子和和质质子子的的自自旋旋都都是是1/2，而而轨轨道道角角动动量量总总是是整整数数，因因此此，耦耦合合结结果果必必定定是是整整数数。奇奇奇奇

10、核核的的宇宇称称同同样样由由两两个个奇奇核子的状态决定，核的宇称为：核子的状态决定，核的宇称为：第13页，共14页，编辑于2022年，星期五补充：原子核补充：原子核的能态及其特征量的能态及其特征量 原子核是由核子组成的微观体系。和原子相似，原子核是由核子组成的微观体系。和原子相似，原子核原子核也有能态结构也有能态结构，同样有核的，同样有核的基态基态和和激发态激发态。由于核力是强。由于核力是强相互作用力，相互作用力，核激发态的激发能比原子要高得多。核激发态的激发能比原子要高得多。每每个个能能级级都都有有标标志志其其特特征征的的物物理理量量，如如激激发发态态能能量量、自自旋旋、宇宇称称、能能级级寿寿命命等等物物理理量量，在在实实验验上上测测定定这这些些物物理理量量并并研研究究其其变变化化规规律律是是原原子子核核物物理理学学的的重重要要课课题之一题之一。第14页，共14页，编辑于2022年，星期五