第三章-核力课件.ppt

1、第三章第三章 核力核力说明说明l一、研究途径：1、唯象（*）l2、量子场论l二、核力：短程强相互作用l三、两核子体系：l1、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l2、类型：1）中子质子（np）：有一稳定的束缚态氘核基态l2）质子质子（pp）：无束缚态l3）中子中子（nn）：无束缚态说明说明l四、同位旋四、同位旋l1、同位旋：、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。D2、质子：t3=1/2;中子：t3=-1/2D3、核子的总同位旋：D4、同位旋第三分量：2)(21133AZNZtTAiiAiitT1D5、同位旋量子数满足：D

2、核基态同位旋：D6、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。NZTNZ2121NZTT2135/2+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+3/2-9178O8179F图1 核力的电荷无关性Ch3.1 氘核基态氘核基态l一、中心力3S1态l1、量子力学处理方法：质心运动相对运动l相互作用只考虑相对运动l2、核子相互作用势V=V(r,p,1,2)lr 核子间相对位置lp 相对动量l1,2：泡利算符，表示核子自旋l核子自旋算符

3、s:s=/2,量子数s=1/2l3、氘核只有一个束缚态,E=-2.2246Mevl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 氘核基态氘核基态l4、球形直角势阱l1）表示l2）薛定愕方程：l3）求解0()0()NNVrrV rrr自由中子、质子的状态22()()()(4.1 1)2V rrEr 22222()()(,)()d(1)()()()(4.12)220dllmlu rrYru rl lV ru rEu rdrrlSdr 31满足能量E的本征方程基态能量最低，称为 态。总角动量J=L+S,其中S为核自旋，由于测定J1，则J=S=1，即质子、

4、中子自旋平行该态用 S 表示，S表示l=0，3表示自旋多重数2S1，下标表示J对于l=0,(4.1-2)为 2222()()()0(4.13)u rV r u rE-rV-V0rNCh3.1 氘核基态氘核基态2202222(4.1 1)(4.1 3)4.1 4)d()k()0k2()/)4.1 4)d()()0(2/)lim()04.1 4)4.1 5)NNru ru rrrVBdru ru rrrBdru r1N由，可以化为（式如下（注：B=-E）（当r=0及r趋于无穷大时，u=0，即 u(0)=0,，（解为e指数形式，u=A sinkr rr （在处，及分别连续，则有A sinkrA eA

5、 sink AAkr-A e则 kctg(kr)=-（Ch3.1 氘核基态氘核基态12120220022000r()222120r2()4.110),0,24.111)8226,2,sin14.112)NNNNNrrVB rBctgVBkBVctgV rfmVM evBM evBVAkrdrAdr 2N-212（若即，上 式 右 边 近 似 为，则 左 边 近 似 为则（若 核 力 r，则由 于则成 立，由 归 一 化 条 件4 4e （可 以 得 到 A、A 的 值。归014.32Vfm d一 化 条 件 指 在范 围 内，仅 可 以 取 一 个 值。由 上 式 可 得：氘 核 是 质 子、

6、中 子 结 合 得 很 松 的 体 系。通 常 定 义 氘 核 半 径 RCh3.1 氘核基态氘核基态,33131111对总角动量J=L+S,其中l表示能量的本征态，l=1 P态；l=2 D态；对J=1，除 S 外，还有 P，PD 态。（为什么？）二、3S1态与3D1态的混合2Lpnz3z133113z1z因为，S=s+s，由于s=1/2,所以S=S0，1；由J1，S=S，且S在z方向投影设为S,对1、S=11）S=1，若S平行L，则L=0（S=1,L=0)S态 若S反平行L，则L=0（S态）或2（S=1,L=2)D 态2）S=0，则L=1（S=1,L=1)P态2、S=S0，则S=0，则L=1

7、（S=0,L=1)11P态zSSzCh3.1 氘核基态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Sl状态状态0110121P13S13P13D1n0.879pNSCh3.1 氘核基态氘核基态测得氘核距d=0.857N,但S d=0.022N，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（介子场论）与核子间相对位置r的取向有关。r的取向可以用1,2,r 三者的点积有关，用S表示，(S,r)就是r

8、的极角。势函数12)(SrVVTT22122)(6SrSS21SSSCh3.2 核子核子散射核子核子散射l一、低能核子核子散射l1、n-p散射l有效力程l核力是短程力l散射截面l2、低能p-p散射和核力的电荷无关性l相对运动状态和自旋态相同时，核子间的作用与电荷无关。l二、高能核子核子散射l1、核力的自旋核力的自旋-轨道耦合力成分轨道耦合力成分Dn-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。仅非中心力场不能给出与实验相符的极化度。D自旋-轨道耦合力：D自旋-轨道耦合作用只存在于自旋三重态中D实验表明：核力具有交换性Sl)(rVVLSLS

9、Ch3.2 核子核子散射核子核子散射l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。l散射截面是在卢瑟夫散射实验以后提出来的，是指放射源的粒子从

10、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 核子核子散射核子核子散射l图2 空心圆锥体 l图1 粒子散射截面 ld称为有效散射截面，凡是击中这一截面积的粒子都被散射到d之中。定义为微分截面，表示粒子散射到角附近单位立体角内每个原子有效散射截面Ch3.2 核子核子散射核子核子散射l核力的排斥力芯（核子不能无限靠近）核力的排斥力芯（核子不能无限靠近）D核子相距0.8-2.0fm时，表现为吸引力D核子相距小于0.8fm时，表现为排斥力D核子相距大于10fm时，核力几乎完全消失VppVn

11、pVnnrrCh3.3 核力的主要性质核力的主要性质l核力的主要性质核力的主要性质D原子核的密度1014g/cm3。D核力是强相互作用:核力约比库仑力大100倍D核力的短程性：核力的力程为fm量级D核力的饱和性：核力具有饱和性D核力的电荷无关性：Fpp=Fnn=FnpCh3.4 核力的介子理论D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。D核子间的作用是由于交换介子引起的。l核力介子核力介子D介子质量估计：D1947年发现介子：MeV100fm0.2MeVfm1972xcmceemmmmm2643.2730ppppppppnnnn+0 小结小结lCh3.1 氘核基态（*）lCh3.2 核子核子散射lCh3.3 核力的主要性质（*）lCh3.4 核力的核力的介子理论介子理论