Коллективные возбуждения яд­ра

КОЛЛЕКТИВНЫЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ ЯДРА, многочастичные возбуждения атомного ядра, в которых нуклоны совершают коррелированное движение. Ядро можно рассматривать как систему почти независимых квазичастиц - нуклонов, движущихся в среднем (самосогласованном) ядерном поле. Различные типы коллективного возбуждения ядра формируются под действием слабого взаимодействия между нуклонами (так называемое остаточное взаимодействие), которое приводит к корреляции их движения. Сложная структура ядерных сил (обменное и спин-спиновое взаимодействия и др.) приводит к многообразию коллективных мод.

Коррелированное движение нуклонов воспроизводит движение ядра как целого, поэтому многие типы коллективного возбуждения ядра соответствуют классическому макроскопическому движению тела конечных размеров, состоящего из протонов и нейтронов. Простейшим является поступательное движение ядра, более сложным - вращательное движение, с которым связаны вращательные спектры деформированных ядер, открытые в 1955 году.

Вращательные возбуждения ядра имеют характерную последовательность уровней энергии, увеличивающейся с ростом спина уровня I приблизительно пропорционально величине 1(1 + 1). Совокупность этих уровней образует вращательную полосу. Для ядер с массовым числом А >100 интенсивности радиационных γ-переходов между соседними вращательными уровнями полосы больше интенсивности одночастичных переходов того же типа приблизительно в 100 раз. Число вращательных уровней в полосе, определяемое максимальным наблюдаемым спином, может быть довольно большим (смотри Высокоспиновые состояния ядра). Величина энергии уровня в полосе и вероятности γ-переходов определяются коллективными параметрами: моментом инерции, коллективным гиромагнитным отношением и внутренним квадрупольным моментом ядра Q₀. Эти параметры зависят от внутренней структуры ядра и, оставаясь примерно постоянными внутри полосы, плавно изменяются от ядра к ядру, а в данном ядре - от полосы основного состояния к полосам возбуждённых состояний (одночастичных или колебательных). Сильное влияние на момент инерции ядра оказывают так называемые парные корреляции сверхпроводящего типа. Для возбуждения вращательных состояний используются преимущественно два метода: многократное кулоновское возбуждение и реакции с тяжёлыми ионами. В первом методе вращательные уровни возбуждаются переменным электрическим полем налетающего иона. В ядерных реакциях заселение уровней вращательной полосы происходит с верхних уровней (при распаде составного ядра, образующегося в реакции).

Колебательные возбуждения ядра представляют собой скоррелированное (когерентное) движение нуклонов, приводящее к периодическому изменению плотности, формы или других характеристик основного состояния ядра. При энергии возбуждения ниже порога отделения нуклона такие коллективные возбуждения ядра наблюдаются как серии приблизительно эквидистантных дискретных уровней. При более высоких энергиях они проявляются в виде широких резонансов в сечениях ядерных реакций (смотри Гигантские резонансы). Низкочастотные колебательные возбуждения характеризуются большей вероятностью (но меньшей, чем при вращательных возбуждениях) γ-переходов в низколежащие состояния ядра. Наиболее распространёнными являются колебания формы ядра, которые характеризуются мультипольностью. Так, первый возбуждённый уровень всех чётно-чётных сферических ядер соответствует квадрупольным колебаниям и имеет спин и чётность 2⁺. В деформированных ядрах, имеющих аксиальную симметрию, продольные и поперечные относительно оси симметрии квадрупольные моды имеют разные частоты. Октупольные колебания с первым возбуждённым состоянием 3^- характерны для ядер тяжелее ²⁰⁸Pb. Меньше данных о низкоэнергетических колебательных возбуждениях более высокой мультипольности.

При колебательном движении осциллирует локальная плотность нейтронов и протонов. Если осцилляции синфазны, то колебания называются изоскалярными; такие колебания не изменяют изотопический спин ядра. Противофазные колебания, изменяющие изотопический спин на единицу, называются изовекторными. Их частоты лежат выше изоскалярных.

У ядер, переходных от сферических к деформированным, коллективные возбуждения имеют смешанную структуру колебательно-вращательного типа. Особой модой коллективного движения нуклонов является деление атомного ядра. Это первая коллективная мода, обнаруженная в ядре. Исследование коллективного возбуждения ядра позволяет получить информацию о свойствах ядра и о его внутренней структуре.

Лит.: Бор О., Моттельсон Б. Структура атомного ядра. М., 1977. Т. 2; Ring Р., Schuck Р. The nuclear many-body problem. N. Y. а. о., 1980.