к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Ядерная физика

Ядерная физика - наука о строении, свойствах и превращениях атомных ядер. В 1911 Э. Резерфорд (Е. Rutherford) установил в опытах по рассеянию а-частиц при их прохождении через вещество, что нейтральный атом состоит из очень компактного положительно заряж. ядра и сравнительно "рыхлого" отрицательного электронного облака; размер ядра ~10-13-10-12 см, в то время как размер атома ~10-8см. Сразу после открытия атомного ядра стали создаваться его модели, в к-рых ядро пытались строить из известных тогда элементарных частиц- протонов и электронов. Однако началом Я. ф. можно считать 1932, когда, вскоре после открытия Дж. Чедви-ком (J. Chadwick) нейтрона, В. Гейзенберг (W. Heisenberg) и Д. Д. Иваненко (независимо) высказали гипотезу о том, что ядро состоит из нейтронов и протонов. При этом заряд ядра Z (в единицах заряда электрона) равен числу протонов, а его масса приближённо равна массе протона, умноженной на массовое число А - полное число протонов и нейтронов (нуклонов) в ядре.

В 30-х гг. шло накопление эксперим. данных об осн. свойствах ядер: размерах, энергиях связи, магнитных и квадрупольных моментах ядер. Исследование радиоактивности и простейших ядерных реакций (под воздействием электронов, протонов, a-частиц, нейтронов) позволило получить данные о возбуждённых состояниях ядер. Наиб. долгоживущие из этих состояний получили название ядерных изомеров (см. Изомерия ядерная). В этот период выделились осн. направления эксперим. Я. ф.: ядерная спектроскопия, изучающая g-переходы в ядрах, a- и b-распады, а также энергии, спины и др. свойства основных и низколежащих возбуждённых состояний ядер, и ядерные реакции. В соответствии с этим развивались теоретич. представления, позволяющие объяснить свойства основного и возбуждённых ядерных состояний и описать механизмы взаимодействия частиц с ядрами. К этому же времени относятся и первые реалистич. модели ядра (модель жидкой капли, модель оболочек) и представления об осн. механизмах ядерных реакций: прямые ядерные реакции и реакции, идущие через составное ядро.

Капельная модель ядра отражает осн. свойство ядерных сил - коротко действие и связанное с ним свойство насыщения. Вследствие короткодействия нуклоны в ядре сильно взаимодействуют только с ближайшими соседями, из-за чего энергия связи ядра приближённо пропорциональна массовому числу А. Основанная на этой модели полуэмпирич. Вайцзеккера формула (1935) передаёт осн. зависимости энергии связи от А и Z.

Открытие в 1939 О. Ганном (О. Hahn) деления ядер утвердило капельную модель. Она была успешно применена Н. Бором (N. Bohr) для объяснения деления как результата конкуренции поверхностной и кулоновской энергий деформирующейся, а затем и делящейся капли. Открытие деления послужило мощным толчком для развития Я. ф. Сама же физика деления выделилась в отд. область ядерной физики, в к-рой используются специфич. эксперим. и теоретич. методы.

Анализ ядерных масс позволил обнаружить в лёгких ядрах (А < 40) повышенную энергию связи ядер с N=Z = A/2 = 2n (n - целое число), к-рые как бы состоят из a-частиц. Этот факт интерпретировался с помощью возникшей также в 30-х гг. ядерной модели, согласно к-рой такие ядра состоят из a-частиц, взаимодействующих друг с другом. Повышенная энергия связи a-частиц объясняет большую (по сравнению с соседними ядрами) энергию связи a-частичных ядер. Усовершенствованный вариант этой модели наз. нуклонных ассоциаций моделью .Эта модель с успехом применяется, в частности, для объяснения свойств лёгких ядер (8Ве, 12С и т. д.).

В т. н. магических ядрах, отвечающих нек-рым значениям N и Z (2, 8, 20, 50, 82, 126), наблюдались сильные отклонения от ф-лы Вайцзеккера - аномально большие значения энергии связи. Для объяснения существования магич. ядер была выдвинута оболочечная модель ядра, согласно к-рой магич. числа отвечают заполнению нуклонных уровней в нек-рой потенц. яме - ср. ядерном поле.

Однако все предложенные варианты ядерной потенц. ямы не давали правильных значений магич. чисел. Они были получены лишь в 40-50-х гг. М. Гёпперт-Майер (М. Goeppert-Mayer) и И. X. Йенсеном (J. Н. Jensen), включившими в это поле спин-орбитальное взаимодействие нуклонов.

Для объяснения прямых ядерных реакций, идущих с временами 10-23-10-22 с, была сформулирована оптическая модель ядра ,описывающая рассеяние частиц на ядрах. При описании ядерных реакций, идущих через составное ядро, использовались теория резонансных ядерных процессов и статистическая теория ядра. Понимание роли ядерных реакций в эволюции звёзд привело к формированию ядерной астрофизики. В качестве осн. источника энергии звёзд рассматриваются реакции синтеза лёгких элементов, а к образованию тяжёлых элементов приводят разнообразные и длинные цепочки ядерных превращений (см. Нуклеосинтез).

Бурное развитие испытала ядерная физика в кон. 40-х и в 50-х гг. в связи с созданием и усовершенствованием ядерного оружия и возникновением ядерной энергетики. Появились новые типы ускорителей заряженных частиц, позволяющие получать потоки частиц всё более высоких энергий и имеющие хорошее энергетич. и угл. разрешение. Началось строительство исследовательских реакторов - источников мощных пучков нейтронов.

Интенсивное накопление эксперим. данных о свойствах ядер стимулировало их теоретич. осмысление. Оболочеч-ная модель качественно объясняла наличие изомерии, магн. и квадрупольные моменты ядер и др. Однако обнаружился ряд низколежащих ядерных состояний, g-пере-ходы между к-рыми имеют интенсивности, во много раз превышающие предсказания теории. Для объяснения этой аномалии было введено представление о коллективных переходах и коллективных возбуждениях ядер, приведшее к созданию О. Бором (A. Bohr) и Б. Моттельсоном (В. R. Mottelson) в 1952 к о л л е к т и в н о й модели ядра. Они же (и независимо Дж. Рейнуотер, J. Rainwater) предположили существование несферич. деформированных ядер, что позволило успешно описать спектры и вероятности переходов в ядрах редкоземельных элементов (150<=A<=180) и актинидов (А>=220). Успешной оказалась модифицированная модель Гёпперт-Майер - Йенсена для деформир. ядер (модель Нильссона).

Успех разл. феноменологич. моделей ядра делал важным их теоретич. обоснование. Так, было неясно происхождение оболочек в системе с сильным короткодействием, а также как сочетаются столь противоречивые по физ. картине капельная и оболочечная модели ядра. Коллективная модель Бора - Моттельсона опиралась на капельную модель, однако вводимые в ней параметры - жёсткость ядра и т. н. массовый коэф.,- извлекаемые из опыта, сильно отличались от предсказаний капельной модели. Лишь в кон. 50-х - нач. 60-х гг. развитие квантовой теории многих частиц привело к пониманию этих вопросов и к созданию совр. теории ядра. Большую роль в этом сыграли теория ядерной материи К. Бракнера (К. Brueckner) и теория конечных ферми-систем (ТКФС) А. Б. Мигдала. Теория Бракнера была одним из первых примеров практич. применения диаграммной техники (см. Фейнмана диаграммы)к реальным ядрам и позволила рассчитать объёмный член в энергии связи ядра и глубину ср. ядерного потенц. поля, исходя из известного потенциала взаимодействия свободных нуклонов. ТКФС близка к теории ферми-жид-кости (см. Квантовая жидкость ),основанной на концепции квазичастиц и оперирующей эфф. взаимодействием между ними (последнее задаётся с помощью неск. параметров, извлекаемых из опыта). Самосогласованная ТКФС и близкий к ней Хартри - Фока метод с эфф. силами позволяют путём введения неск. констант, универсальных для всех ядер (кроме самых лёгких), рассчитать большое число ядерных явлений с точностью, адекватной точности экспериментов.

Тесные связи между ядерной физики и физикой твёрдого тела возникали неоднократно. Так, созданная в 1958 Дж. Бардином (J. Bardeen), Л. Купером (L. Cooper) и Дж. Шриффе-ром (J. Schrieffer) теория сверхпроводимости в металлах подтолкнула Бора и Моттельсона, а также (независимо) Дж. Валатина (J. Valatin) выдвинуть гипотезу о сверхтекучести атомных ядер. Созданный в это же время Н. Н. Боголюбовым для описания сверхпроводимости метод и - u-преобразования послужил основой сверхтекучей модели ядра (В. Г. Соловьёв, С. Т. Беляев). Важную роль в понимании значения сверхтекучести и взаимодействия между квазичастицами в коллективных свойствах ядер сыграла микроскопич. теория квадрупольных ядерных возбуждений (С. Т. Беляев, 1959). Коллективная модель интерпретировала эти возбуждения как поверхностные колебания, в то время как микроскопич. теория приводила к объёмным колебаниям - аналогу нулевого звука в фер-ми-жидкости. Это противоречие было устранено в 1972 В. А. Ходелем, показавшим, что согласование между ср. полем ядра и эфф. взаимодействием квазичастиц приводит к тому, что решения микроскопич. ур-ний для коллективных возбуждений имеют вид "квантовых капиллярных волн" - квантовых аналогов классич. колебаний жидкой капли. Их волновая функция сосредоточена в осн. на поверхности ядра, но имеет и большие объёмные компоненты. Эта теория позволяет также правильно рассчитать параметры феноменологич. коллективной модели.

Развитие диаграммной техники сыграло большую роль и в теории прямых ядерных реакций; оно привело к созданию т. н. диаграммного дисперсионного метода (И. С. Шапиро). В статистич. теории ядра и в теории резонансных реакций большую роль сыграл подход, развитый Г. Фешбахом (Н. Feshbach) и названный единой теорией ядерных реакций.

Существенно отличается по физ. идеям и методам физика легчайших ядер - малонуклонных систем (А< 4). В этих случаях пытаются точно решить уравнение Шрёдингера для А нуклонов, взаимодействующих посредством известного NN-потенциала (см. Ядерные силы). Теория одного из простейших ядер - дейтрона - была построена ещё в 30-х гг. В 60-х гг. были развиты методы точного решения проблемы 3 тел: ур-ния Фаддеева, метод гиперсферич. функций и др., позволившие построить нерелятивистскую теорию тритона 3Н и ядра 3Не. Незначительные (порядка 5%) отличия рассчитанной энергии связи этих ядер от экспериментальной позволили оценить величину 3-частич-ных ядерных сил. Их вклад в энергии связи более тяжёлых (более плотных) ядер должен быть больше и, по оценкам, может достигать 10-15%. Применение аналогичных методов для более тяжёлых ядер (обобщение ур-ния Фаддеева для систем с А>3 наз. ур-нием Фаддеева-Якубовского) практически осуществлено лишь для a-частицы (ядро 4Не).

Литература по ядерной физике

  1. Соловьев В. Г., Теория атомного ядра. Ядерные модели, М., 1981.
  2. Хайдаров К.А. Эфир: структура и ядерные силы. - НиТ, Киев, 2004.
к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

(время поиска примерно 20 секунд)

Знаете ли Вы, что только в 1990-х доплеровские измерения радиотелескопами показали скорость Маринова для CMB (космического микроволнового излучения), которую он открыл в 1974. Естественно, о Маринове никто не хотел вспоминать. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 13.06.2019 - 05:11: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМА ГЛОБАЛЬНОЙ ГИБЕЛИ ПЧЁЛ И ДРУГИХ ОПЫЛИТЕЛЕЙ РАСТЕНИЙ - Карим_Хайдаров.
12.06.2019 - 09:05: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 18:05: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ФИЗИКА - Experimental Physics -> Эксперименты Сёрла и его последователей с магнитами - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 18:03: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Маклакова - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 13:23: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 13:18: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Светланы Вислобоковой - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 06:28: АСТРОФИЗИКА - Astrophysics -> К 110 летию Тунгуской катастрофы - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 21:23: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:27: СОВЕСТЬ - Conscience -> Высший разум - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:24: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:14: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 08:40: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution