Μάθημα 5 α) Αλληλεπίδραση νουκλεονίου-νουκλεονίου πυρηνική δύναμη και δυναμικό β) Πυρηνικό μοντέλο των φλοιών

Σχετικά έγγραφα
Μάθημα 7 α) Αλληλεπίδραση νουκλεονίου-νουκλεονίου πυρηνική δύναμη και δυναμικό β) Πυρηνικό μοντέλο των φλοιών

Μάθημα 7 α) QUIZ β-διάσπαση β) Αλληλεπίδραση νουκλεονίου-νουκλεονίου πυρηνική δύναμη και δυναμικό γ) Πυρηνικό μοντέλο των φλοιών

Μάθημα 7 & 8 Κβαντικοί αριθμοί και ομοτιμία (parity) ουσιαστικά σημεία με βάση το άτομο του υδρογόνου ΔΕΝ είναι προς εξέταση

Μάθημα 6 α) β-διάσπαση β) Χαρακτηριστικά πυρήνων, πέρα από μέγεθος και μάζα

Μάθημα 9 Αλληλεπίδραση νουκλεονίου-νουκλεονίου πυρηνική δύναμη και δυναμικό Yukawa Δευτέριο Βάθος πηγαδιού δυναμικού νουλεονίνων Ενέργεια Fermi

Μάθημα 14 β-διάσπαση B' μέρος

Μάθημα 7 α) Αλληλεπίδραση νουκλεονίου-νουκλεονίου πυρηνική δύναμη και δυναμικό β) Πυρηνικό μοντέλο των φλοιών

Μάθημα 15 β-διάσπαση B' μέρος (διατήρηση σπίν, επιτρεπτές και απαγορευμένες

Μάθημα 7 α) QUIZ β-διάσπαση β) Αλληλεπίδραση νουκλεονίου-νουκλεονίου πυρηνική δύναμη και δυναμικό γ) Πυρηνικό μοντέλο των φλοιών

Σοιχεία Πυρηνικής Φυσικής και Στοιχειωδών Σωματιδίων 5ο εξάμηνο Τμήμα T3: Χ. Πετρίδου. Μάθημα 9

Μάθημα 10 & 11 Πυρηνικό μοντέλο των φλοιών

Μάθημα 12, 13, 14 Πυρηνικό μοντέλο των φλοιών

Πυρηνικές Δυνάμεις. Διάλεξη 4η Πετρίδου Χαρά

β διάσπαση II Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

Σοιχεία Πυρηνικής Φυσικής και Στοιχειωδών Σωματιδίων 5ο εξάμηνο Τμήμα T3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου. Μάθημα 6β

Σοιχεία Πυρηνικής Φυσικής και Στοιχειωδών Σωματιδίων 5ο εξάμηνο Τμήμα T3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου. Μάθημα 15

Spin του πυρήνα Μαγνητική διπολική ροπή Ηλεκτρική τετραπολική ροπή. Τάσος Λιόλιος Μάθημα Πυρηνικής Φυσικής

Κεφάλαιο 39 Κβαντική Μηχανική Ατόμων

β διάσπαση II Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

Ο Πυρήνας του Ατόμου

1 p p a y. , όπου H 1,2. u l, όπου l r p και u τυχαίο μοναδιαίο διάνυσμα. Δείξτε ότι μπορούν να γραφούν σε διανυσματική μορφή ως εξής.

ΠΥΡΗΝΙΚΑ ΜΟΝΤΕΛΑ Τάσος Λιόλιος Μάθημα Πυρηνικής Φυσικής

Δευτερόνιο & ιδιότητες των πυρηνικών δυνάμεων μεταξύ δύο νουκλεονίων Τάσος Λιόλιος Μάθημα Πυρηνικής Φυσικής

Μάθημα 3 'Ατομο υδρογόνου

ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΙ - Ενότητα 6

Μάθημα 4 Mέγεθος πυρήνα

Πυρηνική Επιλογής. Τα νετρόνια κατανέμονται ως εξής;

Κβαντομηχανική σε. τρεις διαστάσεις. Εξίσωση Schrödinger σε 3D. Τελεστές 2 )

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ

και χρησιμοποιώντας τον τελεστή A r P αποδείξτε ότι για

Εισαγωγή στη Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων. 5 ο Εξάμηνο Δεκέμβριος 2009

16/12/2013 ETY-202 ETY-202 ΎΛΗ & ΦΩΣ 09. ΤΑΥΤΟΣΗΜΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ. 1396; office Δ013 ΙΤΕ. Στέλιος Τζωρτζάκης ΤΑΥΤΟΣΗΜΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ

ΚΒΑΝΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ. Ασκήσεις Κεφαλαίου Ι

Μάθημα 4 Mέγεθος πυρήνα

Μάθημα 5 α) Μέγεθος του πυρήνα β) Μάζα πυρήνα, ενέργεια σύνδεσης, έλλειμα μάζας γ) Ασκήσεις σετ #2 - εκφωνήσεις

Νουκλεόνια και ισχυρή αλληλεπίδραση

Ξ. Ασλάνογλου Τμήμα Φυσικής Ακαδ. Έτος ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ

Nobel Φυσικής για Κβαντική Ηλεκτροδυναμική

ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΙ - Ενότητα 5

Φερμιόνια & Μποζόνια

Μοντέρνα Φυσική. Κβαντική Θεωρία. Ατομική Φυσική. Μοριακή Φυσική. Πυρηνική Φυσική. Φασματοσκοπία

Διάλεξη 6: Ατομική Δομή Συμμετρία Εναλλαγής

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ

Το άτομο του Υδρογόνου- Υδρογονοειδή άτομα

Στοιχειώδη Σωματίδια. Διάλεξη 20η Πετρίδου Χαρά. Τμήμα G3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου

Ατομική δομή. Το άτομο του υδρογόνου Σφαιρικά συμμετρικές λύσεις ψ = ψ(r) Εξίσωση Schrodinger (σφαιρικές συντεταγμένες) ħ2. Εξίσωση Schrodinger (1D)

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Σύγxρονη Φυσική II. Ατομική Δομή ΙΙΙ Διδάσκων : Επίκ. Καθ. Μ. Μπενής

Κυματική φύση της ύλης: ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ. Φωτόνια: ενέργεια E = hf = hc/λ (όπου h = σταθερά Planck) Κυματική φύση των σωματιδίων της ύλης:

Στοιχειώδη Σωματίδια. Διάλεξη 12η Πετρίδου Χαρά

ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΙ - Κεφάλαιο 4

Ατομική Φυσική. Η Φυσική των ηλεκτρονίων και των ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων.

Εφαρμογές Θεωρίας Διαταραχών σε Υδρογόνο: Λεπτή Υφή, Φαινόμενο Zeeman, Υπέρλεπτη Υφή

ETY-202 ΎΛΗ & ΦΩΣ 07. ΣΤΡΟΦΟΡΜΗ ΚΑΙ ΤΟ ΑΤΟΜΟ ΤΟΥ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ

Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής και Στοιχειωδών Σωματιδίων (5ου εξαμήνου, χειμερινό ) Μάθημα 10

Κβαντική Μηχανική ΙΙ. Ενότητα 6: Άτομα σε μαγνητικά πεδία Αθανάσιος Λαχανάς Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Μάθημα 2 α) Μέγεθος του πυρήνα β) Μάζα πυρήνα, ενέργεια σύνδεσης, έλλειμα μάζας γ) Ασκήσεις σετ #2 - εκφωνήσεις

γ-διάσπαση Διάλεξη 17η Πετρίδου Χαρά Τμήμα G3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου

Κύριος κβαντικός αριθμός (n)

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Κβαντική Θεωρία ΙΙ. Spin Διδάσκων: Καθ. Λέανδρος Περιβολαρόπουλος

Στοιχειώδη Σωματίδια. Διάλεξη 25η Πετρίδου Χαρά

Μάθημα 5 α) β-διάσπαση β) Ασκήσεις

Στοιχειώδη Σωματίδια. Διάλεξη 12η Πετρίδου Χαρά

Μάθημα 5 Μάζα πυρήνα, ενέργεια σύνδεσης, έλλειμα μάζας

Πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια. πρωτόνιο 1 (1,67X10-24 g) +1 νετρόνιο 1 0 1,6X10-19 Cb ηλεκτρόνιο 1/1836 (9X10-28 g) -1

Μάθημα 5 Μάζα πυρήνα, ενέργεια σύνδεσης, έλλειμα μάζας

Μάθημα 2 α) QUIZ στην τάξη. Ενεργός διατομή β) Μέγεθος του πυρήνα γ) Μάζα πυρήνα, ενέργεια σύνδεσης, έλλειμα μάζας

Ατομική και Μοριακή Φυσική

ΙΑΤΡΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ eclass: MED808 Π. Παπαγιάννης

Εισαγωγή σε προχωρημένες μεθόδους υπολογισμού στην Επιστήμη των Υλικών

ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ ΑΚΤΙΝΕΣ γ

Από τι αποτελείται το Φως (1873)

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Κβαντική Θεωρία ΙΙ. Εφαρμογές Θεωρίας Διαταραχών Διδάσκων: Καθ. Λέανδρος Περιβολαρόπουλος

Η Ψ = Ε Ψ. Ψ = f(x, y, z, t, λ)

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 : ΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΤΟΥ ΠΥΡΗΝΑ. Η εξίσωση Schrödinger για ένα σωματίδιο χωρίς spin, έχει τη μορφή: ψ 4.1

γ - διάσπαση Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

Μάθημα 2 α) Μέγεθος του πυρήνα β) Μάζα πυρήνα, ενέργεια σύνδεσης, έλλειμα μάζας γ) Ασκήσεις σετ #2 - εκφωνήσεις

Διάλεξη 2: Πυρηνική Σταθερότητα, σπιν & μαγνητική ροπή

γ - διάσπαση Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

Μάθημα 5 α) Μέγεθος του πυρήνα β) Μάζα πυρήνα, ενέργεια σύνδεσης, έλλειμα μάζας γ) Ασκήσεις σετ #2 - εκφωνήσεις

Διάλεξη 3: Ενέργεια σύνδεσης και πυρηνικά πρότυπα

Δομή Διάλεξης. Εύρεση ακτινικού μέρους εξίσωσης Schrödinger. Εφαρμογή σε σφαιρικό πηγάδι δυναμικού απείρου βάθους. Εφαρμογή σε άτομο υδρογόνου

ΚΕΝΤΡΟ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ & ΧΗΜΕΙΑΣ Ε ΟΥΑΡ ΟΥ ΛΑΓΑΝΑ Ph.D. Λεωφ. Κηφισίας 56, Αµπελόκηποι, Αθήνα Τηλ.: ,

Από τις σημειώσεις του καθηγητή Stewart McKenzie c.uk/teaching.html. Μοριακά ενεργειακά επίπεδα. τυπικά

Το Ισοτοπικό σπιν Μαθηµα 5ο 27/3/2014

Ατομική και Μοριακή Φυσική

ΘΕΜΑΤΑ ΚΒΑΝΤΙΚΗΣ ΙΙ. Θέμα 2. α) Σε ένα μονοδιάστατο πρόβλημα να δείξετε ότι ισχύει

Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής και Στοιχειωδών Σωματιδίων (5ου εξαμήνου, χειμερινό ) Τμήμα T2: Κ. Κορδάς & Δ. Σαμψωνίδης

Μάθημα 2 α) QUIZ. Ενεργός διατομή β) Μέγεθος του πυρήνα γ) Μάζα πυρήνα, ενέργεια σύνδεσης, έλλειμα μάζας

4πε ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 : ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΤΟΥ ΠΥΡΗΝΑ. Πηγάδι δυναμικού του πυρήνα-πρότυπο Φλοιών

Μάθημα 2 Πείραμα Rutherford και μέγεθος πυρήνων, Πυρήνες-συμβολισμοί

Στοιχειώδη Σωματίδια. Διάλεξη 2η Πετρίδου Χαρά

3/12/2013 ETY-202 ETY-202 ΎΛΗ & ΦΩΣ 08. ΤΟ ΣΠΙΝ. 1396; office Δ013 ΙΤΕ. Στέλιος Τζωρτζάκης ΤΟ ΣΠΙΝ

κυματικής συνάρτησης (Ψ) κυματική συνάρτηση

Στοιχειώδη Σωματίδια. Διάλεξη 23η Πετρίδου Χαρά. Τμήμα G3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου

Διάλεξη 2: Κεντρικά Δυναμικά. Αναζητούμε λύσεις της χρονοανεξάρτητης εξίσωσης Schrödinger για κεντρικά δυναμικά

Το Ισοτοπικό σπιν Μαθηµα 5ο 30/3/2017

Κβαντικοί αριθμοί. l =0 υποφλοιός S σφαίρα m l =0 ένα τροχιακό με σφαιρική συμμετρία

Κεφάλαια (από το βιβλίο Serway-Jewett) και αναρτημένες παρουσιάσεις

Συστήματα Πολλών Σωματίων

Μάθημα 4 α) QUIZ στην τάξη β) Κοιλάδα β-σταθερότητας γ) Άλφα διάσπαση δ) Σχάση και σύντηξη

Transcript:

Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής και Στοιχειωδών Σωματιδίων (5ου εξαμήνου, χειμερινό 014-15) Τμήμα T3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου Μάθημα 5 α) Αλληλεπίδραση νουκλεονίου-νουκλεονίου πυρηνική δύναμη και δυναμικό β) Πυρηνικό μοντέλο των φλοιών Κώστας Κορδάς Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης Πυρηνική & Στοιχειώδη Ι, Αριστοτέλειο Παν. Θ/νίκης, 30 Οκτωβρίου 014

Σήμερα Πυρηνικό δυναμικό δυναμικό Ykawa, σύστημα δευτερίου Βιβλίο C&G, Κεφ. 1 όλο, Παραγρ..4, Κεφ. 3 όλο, Παράρτημα Γ (κυρίως Γ.,3,4). Σημειώσεις Πυρηνικής, Κεφ. 6 Πυρηνικό μοντέλο των φλοιών εκτίμηση βάθους δυναμικού, ενεργειακών σταθμών και μαγικών αριθμών Βιβλίο C&G, Παράρτημα Β, Κεφ. 5, 5.1-5.7 Σημειώσεις Πυρηνικής, Κεφ. 8 Χαρακτηριστικά πυρήνων πέρα από το μέγεθος και τη μάζα: σπιν (spin), ομοτιμία (parity), μαγνητική ροπή, ηλεκτρική τετραπολική ροπή Βιβλίο C&G, Παράρτημα Γ, παρ. 1.3, Κεφ. 5, παρ. 5.5-5.7 Σημειώσεις Πυρηνικής, Κεφ. 1, σελ. 4-5 (μαγνητική ροπή) Ιστοσελίδα: http://www.physics.auth.gr/course/show/15

1. Αναλογία με ένα πρότυπο δέσμιου συστήματος: το άτομο (όπου ξέρουμε ότι έχουμε ηλεκτρομαγνητική δύναμη μεταξύ πυρήνα και ηλεκτρονίων δυναμικό Coulomb) 3

1α. Εξίσωση Schroedinger, κυματοσυναρτήσεις, στροφορμή, σπίν και παριτυ 4

Το σωματίδιο ως κύμα - κυματοσυνάρτηση De Broglie: E E=h f E =ℏ ω ω= ℏ h p p= p=ℏ k k= ℏ λ Ένα κύμα μπορεί να γραφεί σαν άθροισμα επίπεδων κυμάτων σαν κι αυτό: i kx ωt i px Et / ℏ ψ x,t =e ψ ie = ψ i ℏ ψ=e ψ ℏ t t ψ ip = ψ i ℏ ψ= p ψ x ℏ x =e Τελεστής ενέργειας = μια πράξη πάνω στην κυματοσυνάρτηση ψ, που δίνει πάλι την ψ, αλλά πολλαπλασιασμένη με την ενέργεια Ε. Η Ε είναι μια ιδιοτιμή της ενέργειας, και η ψ είναι μια ιδιο-συνάρτηση του τελεστή της ενέργειας. Τελεστής ορμής 5

Περιγραφή ενός συστήματος με κυματοσυναρτήσεις Έστω ψ μια κυματοσυμάρτηση που περιγράφει ένα σύστημα. Α ψ=αψ Τελεστής = μια πράξη πάνω στην κυματοσυνάρτηση ψ που αν δίνει πάλι την ψ, αλλά πολλαπλασιασμένη με μια σταθερά α, τότε λέμε ότι Το α είναι μια ιδιοτιμή του τελεστή Α, και η ψ είναι μια ιδιοσυνάρτηση του τελεστή Α Παράδειγμα: Τελεστής ενέργειας i ℏ ψ=e ψ t Η Ε είναι μια ιδιοτιμή του τελεστή ενέργειας, και η ψ είναι μια ιδιοσυνάρτηση του τελεστή της ενέργειας. i ℏ ψ= p ψ x Τελεστής ορμής 6

Eξισώσεις Schroedinger Schroedinger: ψάχνει κυματική εξίσωση που ικανοποιεί: p όπου p = p x p y p z Ε= m Χρονοεξαρτώμενη p ℏ Εξίσωση Schroedinger. Ε ψ= ψ i ℏ ψ= ψ την εφαρμόζουμε σε m t m οποιαδήποτε συνάρτηση ψ Όπου: ο Λαπλασιανός τελεστής = η Λαπλασιανή x y z ψ = πυκνότητα πιθανότητας = πιθανότητα ανά μονάδα όγκου να βρούμε το σωματίδιο σε μιά περιοχή του χώρου * Για να βρούμε την ενέργεια Ε, δεν βαζουμε τον τελεστη της ενέργειας, κι έτσι λύνουμε τη χρονοανεξάρτητη εξίσωση Schroendinger: p m ℏ E= +V ( r ) Ε ψ =[ + V ( r )] ψ ψ + (E V ( r )) ψ =0 ℏ m m ℏ H ψ= E ψ, όπου : H V r ο Χαμιλτονιανός τελεστής η Χαμιλτονιανή m Η T V = κινητική δυναμική ενέργεια 7

Ιδιοσυναρτήσεις και ιδιοτιμές ενέργειας από την εξίσωση Schroedinger Λύνουμε πρώτα τη χρονοανεξάρτητη εξίσωση του Schroedinger, και βρίσκουμε τις ιδιοτιμές ενέργειας Εi και τις ιδιοσυναρτήσεις ψi (x) του συστήματος: p m ℏ E= V r Ε ψ=[ V r ]ψ ψ E V r ψ=0 ℏ m m Κατόπιν βάζουμε και τη χρονική εξάρτηση κάθε ιδιοσυνάρτησης ως εξής: i E i t / ℏ ψ i (x, t)=ψ i (x )e Μετά, οποιαδήποτε κυματοσυνάρτηση ψ που περιγράφει το σύστημά μας, μπορούμε να τη γράφουμε σαν γραμμικό συνδυασμό των ιδιοσυναρτήσεων ψi ψ =c 1 ψ 1 + c ψ + c 3 ψ 3 +... 8

Εξίσωση Schroedinger για κεντρικά δυναμικά m ψ E V r ψ=0 ℏ Η εξίσωση Schroedinger με κεντρικό δυναμικό V ( r )=V (r ) [π.χ., το δυναμικό Coulomb -e/r], όπου χωρίζουμε ακτινικό και γωνιακό μέρος κυματοσυνάρτησης: ψ r =R r Y θ, φ, και y=r R r γίνεται: y m E V r y=0 l ℏ r Οπότε έχουμε να λύσουμε την πιό πάνω μονοδιάστατη εξίσωση του Schroedinger, όπου το ενεργό δυναμικό είναι ίσο με το άθροισμα του κεντρικού δυναμικού κι ενός όρου στροφορμής V l (r )=V (r )+ ℏ l (l+ 1) mer 9

Άτομο υδρογόνου με εξ. Schroedinger Λύση της εξίσωσης Schroedinger ψ m E V r ψ=0 ℏ q1 q e e r =V r = =e = με το δυναμικό Coulomb: V r r r και ψ ναμικού υ δ r =R r Y θ, φ ύ ο ικ ρ τ ν θ, φ ειγμα κε η α πό Παράδ σ η τ ρ ά ξ ε ι ε πάρχ Όπου ΔΕΝ υ Δίνει: συναρτήσεις R(r) και Υ(θ,φ), όπου ψ = R(r) Υ(θ,φ) είναι ιδιοσυναρτήσεις 1 1 a m c n β) του τελεστή L της τροχιακής στροφορμής με ιδιοτιμές: α) της Χαμιλτονιανής, με ιδιοτιμές ενέργειας L = r x p= r x i ℏ E= L Y lm = l l 1 ℏ Y lm, όπου : l=0,1,..., n 1 όπου: x y z x y z γ) του τελεστή Lz, προβολής της L σ'έναν άξονα, με ιδιοτιμές: λύσεις για m ι α κ l,, l Ίδιες Y lm δυναμικά ά ικ ρ τ ν ε κ α ΟΛΑ τ L z Y lm =ml ℏ Y lm, όπου : ml = l,..., 0,... l 10

Κβάντωση στροφορμής L= l l 1 ℏ, όπου : l=0,1,..., n 1 Άθροισμα στροφορμών: l z (1+ )=l z (1) + l z () και l 1 l l 1 + l 1 +l 11

Υδρογόνο: Ακτινικές ιδιοσυναρτήσεις Rn l(r) 1

Yδρογόνο: Γωνιακές ιδιοσυναρτήσεις Υ(θ,φ) 13

Άτομο υδρογόνου με ενέργεια και στροφορμή Ε, L, Lz είναι τελεστές που αντιμετίθονται με τη Χαμιλτονιανή, άρα τα αντίστοιχα φυσικά μεγέθη διατηρούνται, άρα οι αριθμοί n, l, ml χαρακτηρίζουν την κατάσταση του συστήματος είναι καλοί κβαντικοί αριθμοί L= l (l+1)ℏ, όπου l=0,1,..., n 1 Συμβολισμός καταστάσεων: ns, np, nd, nf,... Π.χ,p : n=, l=1 s :l=0 ; p :l=1 ; d :l= ; f :l=3,... Διαφορετικές καταστάσεις {n, l, ml } με ίδια ενέργεια: εκφυλισμένες καταστάσεις Κάτω όμως από κάποιες συνθήκες, μπορώ να αποκαλύψω ότι έχουμε διαφορετικές καταστάσεις; (και έτσι να διαπιστώσω ότι δεν είναι απλά μιά μαθηματική υπόθεση;) 14

Τροχ. Στροφορμή: διαχωρισμός εκφυλισμένων ενεργειακών σταθμών Η σε μαγνητικό πεδίο Ενέργεια λόγω αλληλεπίδρασης του ηλεκτρονίου (της τροχιακής μαγνητικής ροπής του, μ) με το μαγνητικό πεδίο Β: =B z B U = μ B Το ηλεκτρόνιο συμπεριφέρεται σαν μαγνήτης με διπολική μαγνητική ροπή: μ= q e L= L mec mec e ℏ l l 1 mec eℏ μ Μαγνητόνη του Bohr, μβ : Β mec μ= μ B l l 1 μ z= μ B m l μ=! Από τον προκαλούμενο διαχωρισμό των ενεργειακών επιπέδων, μπορούμε π.χ να μετρήσουμε το μαγνητικό πεδίο ενός αστεριού U=ml μ B Β 15

Η ανάδυση του σπιν: μια εσωτερική στροφορμή, ιδιοστροφορμή 16

Μαγνητική ροπή λόγω ιδιοστροφορμής (spin) και συνεισφορά στην ενέργεια όταν σε =B z μαγνητικό πεδίο B Στην προηγούμενη σελίδα είδαμε τη μαγνητική ροπή που έχει το ηλεκτρόνιο λόγω περιστροφής γύρω από τον πυρήνα (λόγω τροχιακής στροφορμής, l ). Το ηλεκτρόνιο έχει όμως και μια εσωτερική στροφορμή, μια ιδιοστροφορμή (= spin = σπίν) ανεξάρτητα από το αν κινείται ή όχι. Το σπίν είναι μια ιδιότητα του ηλεκτρονίου, όπως το φορτίο που έχει S= s s 1 ℏ, όπου : s=1/ S z =ms ℏ, όπου : ms = 1/, 1/ Λόγω του σπίν, το υδρογόνο έχει μια μαγνητική ροπή μs: q e S Το ηλεκτρόνιο είναι μ s=g e S =g e S = g e μ B στοιχειώδες ge= ℏ mec mec μβ eℏ mec μ s = g e μ B s s 1 μ s, z = g e μ B m s B Δυναμική ενέργεια λόγω σπιν: U s = μ s U s =± μ B Β, για m s= 1/ 17

Ολική στροφορμή (J) = τροχιακή (L) + σπίν (S) = το σπίν του συστήματος (π.χ., του ατόμου) Κάθε ιδιοκατάσταση της ενέργειας, στροφορμής κ' σπιν στο άτομο χαρακτηρίζεται από 5 κβαντικούς αριθμούς {n, l, s, ml, ms } Για κάθε συγκεκριμένο l, υπάρχουν (l + 1)*(s + 1) ανεξάρτητες καταστάσεις, Υlm Ολική στροφορμή J ενός σωματιδίου: άθροισμα τροχιακής στροφορμής και σπίν J = L + S, και J z= Lz +S z, όπου : J max z =l+s J και Jz μπορούν να έχουν ιδιοκαταστάσεις ίδιες με L και S, οπότε να χαρακτηρίζω μιά κατάσταση από τους κβαντικούς αριθμούς: {n, l, s, j, mj } J Y lm = j ( j +1) ℏ Y lm, όπου: j =l±1 / J z Y lm =m j ℏ Y lm, όπου : m j= j,..., 0,... j 18

Eνέργεια: εξάρτηση κι από τροχιακή στροφορμή κι από σπίν Κάθε ιδιοκατάσταση της ενέργειας, στροφορμής κ' σπιν στο άτομο χαρακτηρίζεται από κβαντικούς αριθμούς {n, l, s, j, mj } Ολική στροφορμή ατόμου: άθροισμα τροχιακής στροφορμής και σπίν Διπλή κίτρινη γραμμή του Νατρίου (θυμάστε στο εργαστήριο ατομικής;) Αποτέλεσμα της σύζευξης σπίν. τροχιάς (Spin-orbit coupling = L S coupling): σύζευξη του σπιν του ηλεκτρονίου με το μαγνητικό πεδίο που δημιουργεί το πρωτόνιο, το οποίο θεωρούμε σαν περιστρεφόμενο γύρω από το ηλεκτρόνιο, όταν βρίσκόμαστε πάνω στο ηλεκτρόνιο) Συμβολισμός καταστάσεων: ns J, np J, nd J, nf J,... Π.χ, p1 / : n=, l=1, j=1/ Ενέργεια σύνδεσης για Na (ev) π.χ, για s=1/: J = L+ S, j=l±1/ Για l=1 j=1±1/=3 / ή 1 / Νάτριο : Ενεργειακές στάθμες με n=3, l=0 (s) και l=1 (p) έχουν ~ ev διαφορά (κίτρινη γραμμή Na στο εργαστήριο ατομικής) 19

Ακόμα ένας κβαντικός αριθμός: Ομοτιμία (parity) Είδαμε ότι κάθε ιδιοκατάσταση της ενέργειας, στροφορμής και σπιν στο άτομο χαρακτηρίζεται από κβαντικούς αριθμούς {n, l, s, ml, ms }. Ο τρόπος που συμπεριφέρεται η αντίστοιχη κυματοσυνάρτηση σε αναστροφή του χώρου (που είναι το αποτέλεσμα της εφαρμογής του τελεστή της ομοτιμίας/partiy, P, πάνω της) μπορεί να ορίσει κι άλλον έναν κβαντικό αριθμό: την ομοτιμία ή parity P ψ r =ψ r =ψ r : άρτια συνάρτιση Parity = 1 P r = r P ψ r =ψ r = ψ r : περιττή συνάρτιση Parity= 1 Κι έτσι γράφουμε το σπίν και την ομοτιμία ως Jπ 3 π.χ., κατάσταση + r =R r Y θ, φ, Σημείωση: για κεντρικά δυναμικά, όπου ψ η πάριτυ της ψ οφείλεται μόνο στις σφαιρικές συναρτήσεις Yl m : r r : P Y θ, φ =Y π θ, π φ = 1 l Y θ, φ, οπότε : Parity= 1 l 0

1β. Αντίστοιχοι κβαντικοί αριθμοί ορίζονται και στο δέσμιο σύστημα που μας απασχολεί τους πυρήνες 1

Spin και πάριτυ ενός πυρήνα (J και πάριτυ: Jp) Σπιν πυρήνα, J = ολικό τροχιακό σπίν των νουκλεονίων + το άθροισμα των σπιν τους. S = J πυρήνα L L S νουκλεόνια νουκλεόνια νουκλεόνια Parity = +1 ή -1 Οπότε για κάθε πυρήνα δίνουμε σπιν (J) και parity (π): Jπ π.χ., +

1γ. Είδαμε ότι η ενέργεια ενός συστήματος εξαρτάται και από το σπιν του: ΟΚ. Ερώτηση: Η ομοτιμία / πάριτυ / parity επηρεάζει κάτι μετρήσιμο/παρατηρίσιμο; Βεβαίως και ναι. 3

Parity: η αναστροφή του χώρου και η Αρχή του Pauli (1) Όλα τα σωματίδια με ακέραιο σπιν (s=0, 1,, ) - τα αποκαλούμενα μποζόνια περιγράφονται από συμμετρικές κυματοσυναρτήσεις (Parity = +1), ενώ όλα τα σωματίδια με ημι-ακέραιο σπιν (s=1/, 3/, ) - τα αποκαλούμενα φερμιόνια περιγράφονται από αντισυμμετρικές κυματοσυναρτήσεις (Parity = -1) ως προς την εναλλαγή των μεταβλητών τους (=αναστροφή του χώρου) 4

Parity: η αναστροφή του χώρου και η Αρχή του Pauli () 5

Parity: η αναστροφή του χώρου και η Απαγορευτική Αρχή του Pauli Παρατηρίσιμο; Μα, έτσι ακριβώς εξηγούμε τη δομή των ατόμων!!! 6

. Για τα άτομα είδαμε ότι περιγράφουμε τις καταστάσεις τους με την εξίσωση Schroedinger και το δυναμικό Coulomb Για τους πυρήνες, τι δυναμικό να χρησιμοποιήσουμε; 7

Χαρακτηριστικά της πυρηνικής δύναμης Ελκτική Μικρής εμβέλεια Περίπου 1 fm, από σκεδάσεις σωματδίων α Δεν αισθάνεται κάθε νουκελόνιο όλα τα άλλα, αλλιώς η ενέρεια σύνδεσης θα αυξάνοταν με Α(Α-1). Όμως αυξάνεται με Α (θυμηθείτε: B/A ~ 8 MeV) Aνεξάρτητη του φορτίου γιατί ξέρουμε ότι έχουμε τέλεια συμφωνία μόνο με Coulomb στα ατομικά φαινόμενα Κορεσμένη και μάλιστα υπερνικάει τις απωστικές δυνάμεις Coulomb των πρωτονίων στους πυρήνες Η πυρηνική δύναμη είναι ίδια για τις αλληλεπιδράσεις pp, nn, np Σε πολύ μικρές αποστάσεις γίνει απώθητική (repulsive core) 8

Δυναμικά με τη σωστή συμπεριφορά Το δυναμικό, V (=δυναμική ενέργεια), δύο νουκλεονίων πρέπει να περιγράφει τις βασικές ιδιότητες του πυρήνα: κορεσμό, μικρή εμβέλεια V F= r Διαλλέγουμε ένα εύλογο δυναμικό V το χρησιμοποιούμε στην Χαμιλτονιανή και λύνουμε την εξίσωση Schroedinger για δύο νουκλεόνια προσαρμόζουμε τη λύση στα πειραματικά δεδομένα (υπολογίζουμε τις παραμέτρους της λύσης) Πειραματικά δεδομένα από σκεδάσεις pn και np (σκεδάσεις nn: δύσκολες πειραματικά) τη μελέτη των ιδιοτήτων του δευτερίου Δοκιμάζουμε διάφορα Δυναμικά: Στατικά Δυναμικά: Coulomb, Yukawa (διαφέρουν ως προς τη συνάρτηση) Αλληλεπιδράσεις Νουκλεονίου-Νουκλεονίου: Δυναμικό Παρισιού 9

Κεντρικά δυναμικά εξάρτηση μόνο από απόσταση, όχι διεύθυνση Πέφτει πολύ πιό γρήγορα από το απλό 1/r 30

Δυναμικό Yukawa Αλληλεπίδραση μεταξύ των νουκελονίων με την ανταλλαγή ενός σωματιδίου-διαδότη με σχετικά μεγάλη μάζα, m Πεπερασμένη ακτίνα δράσης Εκπομπή και απορρόφηση του σωματιδίου διαδότη με παραβίαση της ενέργειας που δεν μπορεί να διαρκέσει πάνω από ΔΕ Δt ℏ m c Δt ℏ Εμβέλεια=R=c Δt = ℏ mc Χρησιμοποιώντας την εμβέλεια (~1.4 fm) υπολογίζεις m ~ 140 MeV (~ μάζα πιονίου: οπότε αρχικά υποθέσαμε ότι ο διαδότης των πυρηνικών δυνάμεων μεταξύ νουκλεονίων ήταν το πιόνιο) 31

Όχι αρκετό βάθος για δέσμιο σύστημα Αλληλεπίδραση νουκελονίουνουκλεονίου δυναμικό Παρισιού Απωστικό κέντρο Δυναμικό = άθροισμα διαφόρων όρων: (S=0: αντισυμμετρικές) (S=1: συμμετρικές) Έχει αρκετό βάθος για δέσμιο σύστημα σύζευξη σπιν-σπίν (οι 3 παραπάνω με S=1 και το VSO) 3

Γιατί ο μικρότερος πυρήνας είναι το δευτέριο (πρωτόνιο-νετρόνιο) και όχι άλλος; Η βασική κατάσταση συστήματος δύο νουκλεονίων έχει l=0 μεταξύ των νουκελονίων: συμμετρική κυμματοσυνάρτηση ως προς την εναλλαγή των νουκελονίων (1 ή r -r). υτέριο ο δε Τ, 4. μα Γ η τ ρ ά Παρ Αν S=0, το μόνο δυναμικό είναι το κεντρικό VCO (Σχήμα προηγούμενη σελ.): δεν έχει αρκετό βάθος για δέσμιο σύστημα. Οπότε μένει η S=1 σαν επιλογή. Οι κυμματοσυναρτήσεις S=1 είναι συμμετρικές ως προς την εναλλαγή των νουκελονίων οπότε, ΔΕΝ γίνεται να έχουμε δύο ταυτόσημα φερμιόνια σ' αυτή την κατάσταση, δηλ, δεν γίνεται να έχουμε πρωτόνιο-πρωτόνιο ή νετρόνιο-νετρόνιο. κι έτσι μένει το πρωτόνιο-νετρόνιο μόνη επιλογή! 33

Παρένθεση: γιατί η S=1 είναι συμμετρική Παράρτημα Γ.4, Το δευτέριο ΟΛΕΣ οι καταστάσεις με το ίδιο S έχουν την ίδια συμμετρία ως προς την εναλλαγή 1. Π.χ., οι S=1 είναι ΌΛΕΣ συμμετρικές, αφου η S=1, Sz=+1> είναι συμμετρική 34

Δευτέριο (1) Πυρηνική Μαγνητόνη μν 35

Δευτέριο () 1 10 8 Column 1 Column Column 3 6 4 0 Row 1 Row Row 3 Row 4 36