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

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

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

Μάθημα 10 & 11 Πυρηνικό μοντέλο των φλοιών

Μάθημα 12, 13, 14 Πυρηνικό μοντέλο των φλοιών

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

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

Μάθημα 14 β-διάσπαση B' μέρος

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

Πυρηνικές Δυνάμεις. Διάλεξη 4η Πετρίδου Χαρά

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

Κεφάλαιο 39 Κβαντική Μηχανική Ατόμων

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

Ο Πυρήνας του Ατόμου

Μάθημα 4 Mέγεθος πυρήνα

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.

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

Μάθημα 4 Mέγεθος πυρήνα

ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΙ - Ενότητα 6

ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΙ - Κεφάλαιο 4

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

ΙΑΤΡΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ eclass: MED808 Π. Παπαγιάννης

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

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

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

Μάθημα 5 α) β-διάσπαση β) Ασκήσεις

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

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

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

ΑΤΟΜΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ κβαντισμένη h.f h = J s f = c/λ h.c/λ

Συμπέρασμα: η Η/Μ ακτινοβολία έχει διπλή φύση, κυματική και σωματιδιακή.

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

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

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

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

ΚΒΑΝΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ. Ασκήσεις Κεφαλαίου Ι

ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΙ - Ενότητα 5

Το άτομο του Υδρογόνου- Υδρογονοειδή άτομα

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

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

Νουκλεόνια και ισχυρή αλληλεπίδραση

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

και χρησιμοποιώντας τον τελεστή A r P αποδείξτε ότι για

Πυρηνική Επιλογής. Τα νετρόνια κατανέμονται ως εξής;

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

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

Διάλεξη 2: Πυρηνική Σταθερότητα, σπιν & μαγνητική ροπή

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

α) Θα χρησιμοποιήσουμε το μοντέλο του Bohr καθώς για την ενέργεια δίνει καλά αποτελέσματα:

Nobel Φυσικής για Κβαντική Ηλεκτροδυναμική

κυματικής συνάρτησης (Ψ) κυματική συνάρτηση

KΒΑΝΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΕ ΜΙΑ ΔΙΑΣΤΑΣΗ

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

γ-διάσπαση Διάλεξη 18η Πετρίδου Χαρά Τμήμα G3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ

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

Από τι αποτελείται το Φως (1873)

Μάθημα 5 - Πυρηνική 1) Ειδη διασπάσεων και Νόμος ραδιενεργών διασπάσεων 2) αλφα, 3) βητα, 4) γαμμα

Ηλεκτρονική φασματοσκοπία ατόμων

Διάλεξη 1: Κβαντομηχανική σε τρεις διαστάσεις

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

Η Ψ = Ε Ψ. Ψ = f(x, y, z, t, λ)

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

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

Κβαντομηχανική ή κυματομηχανική

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

Εισαγωγή σε προχωρημένες μεθόδους υπολογισμού στην Επιστήμη των Υλικών

Μάθημα 2 Πείραμα Rutherford και μέγεθος πυρήνων, Πυρήνες-συμβολισμοί

Μάθημα 5 Μάζα πυρήνα, ενέργεια σύνδεσης, έλλειμα μάζας

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

ΠΥΡΗΝΙΚΑ ΜΟΝΤΕΛΑ Τάσος Λιόλιος Μάθημα Πυρηνικής Φυσικής

Μάθημα 5 Μάζα πυρήνα, ενέργεια σύνδεσης, έλλειμα μάζας

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

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

ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ ΑΚΤΙΝΕΣ γ

PLANCK 1900 Προκειμένου να εξηγήσει την ακτινοβολία του μέλανος σώματος αναγκάστηκε να υποθέσει ότι η ακτινοβολία εκπέμπεται σε κβάντα ενέργειας που

Χημεία Γ Λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης

Διάλεξη 5: Ατομική Δομή. Σύζευξη Σπιν-Τροχιάς

PLANCK 1900 Προκειμένου να εξηγήσει την ακτινοβολία του μέλανος σώματος αναγκάστηκε να υποθέσει ότι η ακτινοβολία εκπέμπεται σε κβάντα ενέργειας που

Μάθημα 15 β-διάσπαση Α' μέρος (νετρίνα και ενεργειακές συνθήκες)

Ακήσεις #1 Μήκος κύματος σωματιδίων, χρόνος ζωής και ραδιοχρονολόγηση, ενεργός διατομή, μέγεθος πυρήνων

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

Ξ. Ασλάνογλου Τμήμα Φυσικής Ακαδ. Έτος ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ

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

ΜΕΡΟΣ Α: ΤΑ ΘΕΜΕΛΙΑ ΚΕΦ. 1. ΟΙ ΘΕΜΕΛΙΩΔΕΙΣ ΑΡΧΕΣ ΚΕΦ. 4. Ο ΓΕΝΙΚΟΣ ΦΟΡΜΑΛΙΣΜΟΣ ΤΟΥ DIRAC ΚΕΦ. 5. Ο ΑΡΜΟΝΙΚΟΣ ΤΑΛΑΝΤΩΤΗΣ ΚΕΦ. 7.

ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΑΤΟΜΙΚΗΣ (FineStructureA) Ακαδ. Ετος: Ε. Βιτωράτος

ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ I Ασκήσεις

Εφαρμογές κβαντικής θεωρίας

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

Κύριος κβαντικός αριθμός (n)

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

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Μάθημα 4: Οπτικό θεώρημα και συντονισμοί

Κεφάλαιο 16: Εφαρμογές Θεωρίας Διαταραχών σε Υδρογόνο

το ένα με ηλεκτρικό φορτίο Ζe και το άλλο με e. Η χαμιλτονιανή του συστήματος (στο πλαίσιο της προσέγγισης Coulomb) μπορεί να έλθει στη μορφή

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 4: Εξίσωση Schro dinger. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

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

Θέµατα Φυσικής Γενικής Παιδείας Γ Λυκείου 2000

Transcript:

Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής και Στοιχειωδών Σωματιδίων (5ου εξαμήνου, χειμερινό 2011-12) Τμήμα G3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου Μάθημα 6 α) β-διάσπαση β) Χαρακτηριστικά πυρήνων, πέρα από μέγεθος και μάζα Κώστας Κορδάς Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης Πυρηνική & Στοιχειώδη Ι, Αριστοτέλειο Παν. Θ/νίκης, 18 Νοεμβρίου 2011

β-διάσπαση Σήμερα Βιβλίο C&G, Κεφ. 4, παρ. 4.6. Κεφ. 12, παρ. 12.1 Σημειώσεις Πυρηνικής, Κεφ. 5, παρ. 5.2, 5.2.1 5.2.3 Χαρακτηριστικά πυρήνων πέρα από το μέγεθος και τη μάζα: σπιν (spin), ομοτιμία (parity), μαγνητική ροπή, ηλεκτρική τετραπολική ροπή Βιβλίο C&G, Κεφ. 2, παρ. 2, Κεφ. 5, παρ. 5.5-5.7 Σημειώσεις Πυρηνικής, Κεφ. 1, σελ. 4-5 (μαγνητική ροπή) Ιστοσελίδα: http://www.physics.auth.gr/course/show/125 Α.Π.Θ - 18 Νοεμβ. 2011 Κ. Κορδάς - Πυρηνική & Στοιχειώδη Ι - Μάθημα 6β: Χαρακτηρηστικά πυρήνων 2

Χαρακτηριστικά ενός πυρήνα Α Ζ Χ Ήδη έχουμε δεί: 1) Το μέγεθός του: 2) Τη μάζα του: V A R=1.1fm A 1 /3 M= m p m n B 3) Σχετικά με το αν είναι σταθερός ή όχι: Το μέσο χρόνο ζωής του: τ = 1/λ, όπου λ = σταθερά διάσπασης πληθυσμός Ν μετά από χρόνο t: N t =N 0 e λt ενεργότητα Α (=αριθμός διασπάσεων ανά μονάδα χρόνου) μετά από χρόνο t : A t = dn d t = λn t = λn 0 e λt Άλλα χακτηριστικά να τον περιγράψουμε (όσο υπάρχει, φυσικά); Ας δούμε λίγο ένα άλλο σύστημα δέσμιων σωματιδίων για να κάνουμε αναλογίες: το άτομο Α.Π.Θ - 18 Νοεμβ. 2011 Κ. Κορδάς - Πυρηνική & Στοιχειώδη Ι - Μάθημα 6β: Χαρακτηρηστικά πυρήνων 3

Ας δούμε λίγο ένα πρότυπο δέσμιου συστήματος τα άτομα Α.Π.Θ - 18 Νοεμβ. Κ. Κορδάς 2011 - Πυρηνική & Στοιχειώδη Ι - Μάθημα 6β: Χαρακτηρηστικά πυρήνων 4

Άτομο: ηλεκτρόνιο δέσμιο κβάντωση στροφορμής Αν έχουμε κάποιο ηλεκτρόνιο σε ατομική τροχιά, και σκεφτούμε το ηλεκτρόνιο ως κύμα με: λ= h p το κύμα αυτό πρέπει να είναι στάσιμο μέσα στα όρια του ατόμου (δηλαδή, στο άτομο να χωράνε 1 λ ή 2 λ ή 3 λ, κλπ του κύματος): Η στροφορμή είναι ακέραιο πολλαπλάσιο του ħ μπορεί να έχει μόνο συγκεκριμένες τιμές (= είναι κβαντισμένη) Συνθήκη κβάντωσης του Bohr Α.Π.Θ - 18 Νοεμβ. 2011 Κ. Κορδάς - Πυρηνική & Στοιχειώδη Ι - Μάθημα 6β: Χαρακτηρηστικά πυρήνων 5

Άτομο: ηλεκτρόνιο δέσμιο κβάντωση στροφορμής κβάντωση ενέργειας Στροφορμ ή l= r x p=rp=n ħ F=m u2 r = Z e2 r 2 Σταθερά λεπτής υφής a= p 2 m r = Z r= e2 r 2 e 2 ħ /m c = 1 m c 2 137 e2 =a ħ c Α.Π.Θ - 18 Νοεμβ. 2011 Κ. Κορδάς - Πυρηνική & Στοιχειώδη Ι - Μάθημα 6β: Χαρακτηρηστικά πυρήνων 6 ħ 2 m Z e 2 n2 r= ħ c e 2 =α ħ c, α= 1 137, m c2 =0.511 MeV a Z m c 2 Ενέργεια ηλεκτρονίου (μάζας m, φορτίου -e) αν ο πυρήνας (μάζας Μ, φορτίου +Ζe) ήταν σημειακός και ακίνητος: E= 1 2 m u2 Z e e r = 1 2 Όπου χρησιμοποιήσαμε: Z e 2 = Z 2 1 r 2 a2 m c 2 1 n E 2 = Z2 13.6 ev 1 n 2 Σημείωση: Αν ο πυρήνας (M) ΔΕΝ έχει πολύ μεγαλύτερη μάζα από το περιστρεφόμενο σωματίδιο (m), τότε ΔΕΝ μπορούμε να τον θεωρήσουμε ακίνητο. Τότε, στις παραπάνω εξισώσεις πρέπει να χρησιμοποιούμε την ανηγμένη μάζα (μ) του συστήματος αντί για το m (όπου 1/μ = 1/m + 1/M) n2 Φανταστικό! Η ενέργεια κβαντισμένη

Άτομο υδρογόνου: κβαντισμένη ενέργεια Μηδέν ενέργεια σύνδεσης σημαίνει ελεύθερο ηλεκτρόνιο Ενέργεια σύνδεσης (ev) Κύριος κβαντικός αριθμός: n=1,2,3,... Αυτάαα... μέχρι εδώ μας πάει η ημικλασσική προσέγγιση του πράγματος. Για την πλήρη περιγραφή, χρειαζόμαστε την Κβαντομηχανική. Επόμενα: Α.Π.Θ - 18 Νοεμβ. 2011 Κ. Κορδάς - Πυρηνική & Στοιχειώδη Ι - Μάθημα 6β: Χαρακτηρηστικά πυρήνων 7

Το σωματίδιο ως κύμα - τι κύμα; De Broglie: E=h f E =ħ ω ω= E ħ p= h λ p=ħ k k= p ħ Ένα κύμα μπορεί να γραφεί σαν άθροισμα επίπεδων κυμάτων σαν κι αυτό: ψ x,t =e i kx ωt i px Et / ħ =e ψ t = ie ħ ψ i ħ t ψ=e ψ ψ x = ip ħ ψ i ħ x ψ= p ψ Τελεστής ενέργειας = μια πράξη πάνω στην κυματοσυνάρτηση ψ, που δίνει πάλι την ψ, αλλά πολλαπλασιασμένη με την ενέργεια Ε. Η Ε είναι μια ιδιοτιμή του τελεστή ενέργειας, και η ψ είναι μια ιδιοσυνάρτηση του τελεστή της ενέργειας. Τελεστής ορμής Α.Π.Θ - 18 Νοεμβ. 2011 Κ. Κορδάς - Πυρηνική & Στοιχειώδη Ι - Μάθημα 6β: Χαρακτηρηστικά πυρήνων 8

Kυματική εξίσωση Schroedinger Schroedinger: ψάχνει κυματική εξίσωση όπου τα επίπεδα κύματα είναι λύση, οπότε και και το άθροισμά τους είναι λύση, και επίσης η εξίσωση να ικανοποιεί: Όπου: Ε ψ= p2 2m ψ i ħ t Ε= p2 2m ψ= ħ2 2m 2 ψ όπου p 2 = p x 2 p y 2 p z 2 ψ 2 = πυκνότητα πιθανότητας = πιθανότητα ανά μονάδα όγκου να βρούμε το σωματίδιο σε μιά περιοχή του χώρου Για να βρούμε την ενέργεια Ε ενός συστήματος λύνουμε: E= p2 2m 2 2 x 2 2 y 2 2 z 2 V r Ε ψ= ħ2 2m 2 ψ V r ψ 2 ψ 2m ħ Εξίσωση Schroedinger. την εφαρμόζουμε σε οποιαδήποτε συνάρτηση ψ E V r ψ=0 Α.Π.Θ - 18 Νοεμβ. 2011 Κ. Κορδάς - Πυρηνική & Στοιχειώδη Ι - Μάθημα 6β: Χαρακτηρηστικά πυρήνων 9

Άτομο υδρογόνου κβαντομηχανικά (1) Η εξίσωση Schroedinger 2 ψ 2m ħ E V r ψ=0 με το δυναμικό Coulomb: V r =V r = q 1 q 2 r =e e = e2 r r και ψ r =R r Y θ, φ,και y=r R r γίνεται: 2 r y 2m 2 ħ E V l r y=0 Οπότε έχουμε να λύσουμε την πιό πάνω μονοδιάστατη εξίσωση του Schroedinger, όπου το ενεργό δυναμικό έιναι ίσο με το άθροισμα του Coulomb κι ενός όρου λόγω στροφορμής V l r = e2 r ħ 2 l l 1 2 m e r 2 Α.Π.Θ - 18 Νοεμβ. 2011 Κ. Κορδάς - Πυρηνική & Στοιχειώδη Ι - Μάθημα 6β: Χαρακτηρηστικά πυρήνων 10

Άτομο υδρογόνου κβαντομηχανικά (2) Λύση της εξίσωσης Schroedinger 2 ψ 2m ħ E V r ψ=0 με το δυναμικό Coulomb: V r =V r = q 1 q 2 r =e e = e2 r r και Δίνει: ψ r =R r Y θ, φ κβάντωση της ενέργειας ίδια με την κατά Bohr: E= 1 2 a2 m c 2 1 n 2 κβάντωση της στροφορμής: L= r x p L= l l 1 ħ, όπου: l=0,1,...,n 1 κβάντωση προβολής της στον άξονα z: L z =m l ħ, όπου: m l = l,..., 0,...l Ε, L, L z διατηρούνται, άρα οι αριθμοί n, l, m l χαρακτηρίζουν την κατάσταση του συστήματος είναι καλοί κβαντικοί αριθμοί Α.Π.Θ - 18 Νοεμβ. 2011 Κ. Κορδάς - Πυρηνική & Στοιχειώδη Ι - Μάθημα 6β: Χαρακτηρηστικά πυρήνων 11

Κβάντωση στροφορμής Α.Π.Θ - 18 Νοεμβ. 2011 Κ. Κορδάς - Πυρηνική & Στοιχειώδη Ι - Μάθημα 6β: Χαρακτηρηστικά πυρήνων 12

Υδρογόνο: Ακτινικές ιδιοσυναρτήσεις R n l (r) Α.Π.Θ - 18 Νοεμβ. 2011 Κ. Κορδάς - Πυρηνική & Στοιχειώδη Ι - Μάθημα 6β: Χαρακτηρηστικά πυρήνων 13

Yδρογόνο: Γωνιακές ιδιοσυναρτήσεις Υ(θ,φ) Α.Π.Θ - 18 Νοεμβ. 2011 Κ. Κορδάς - Πυρηνική & Στοιχειώδη Ι - Μάθημα 6β: Χαρακτηρηστικά πυρήνων 14

Ενεργειακό διάγραμμα υδρογόνου Διαφορετικές καταστάσεις {n,l} με ίδια ενέργεια: εκφυλισμένες καταστάσεις Α.Π.Θ - 18 Νοεμβ. 2011 Κ. Κορδάς - Πυρηνική & Στοιχειώδη Ι - Μάθημα 6β: Χαρακτηρηστικά πυρήνων 15

Ενεργειακές στάθμες υδρογόνου σε μαγνητικό πεδίο Β κατά τον άξονα z Ενέργεια λόγω αλληλεπίδρασης του ηλεκτρονίου (της τροχιακής μαγνητικής ροπής του, μ) με το μαγνητικό πεδίο Β: U= μ B μ = q 2 m e c L= e 2 m e c L μ= e 2 m e c ħ l l 1 Μαγνητόνη του Bohr, μ Β : μ Β e ħ 2 m e c μ= μ B l l 1 μ z = μ B m l U=m l μ B Β Α.Π.Θ - 18 Νοεμβ. 2011 Κ. Κορδάς - Πυρηνική & Στοιχειώδη Ι - Μάθημα 6β: Χαρακτηρηστικά πυρήνων 16

Μαγνητική ροπή λόγω ιδιοστροφορμής (spin) 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 μ Β S= s s 1 ħ, όπου: s=1/2 S z =m s ħ, όπου: m s = 1/2, 1/2 Λόγω του σπίν, το υδρογόνο έχει μια μαγνητική ροπή μ s : e ħ 2 m e c μ s =g e q 2m e c S=g e μ s = g e μ B s s 1 e 2 m e c S S= g e μ B ħ μ s, z = g e μ B m s Το ηλεκτρόνιο είναι στοιχειώδες g e =2 U s = μ s B U s =±μ B Β Α.Π.Θ - 18 Νοεμβ. 2011 Κ. Κορδάς - Πυρηνική & Στοιχειώδη Ι - Μάθημα 6β: Χαρακτηρηστικά πυρήνων 17

Eνέργεια: εξάρτηση και από τροχιακή στροφορμή Η ενέργεια εξαρτάται κι από την τροχιακή στροφορμή, L (orbital angular momentum): L= l l 1 ħ, όπου l=0,1,..., n 1 Ενέργεια σύνδεσης (ev) Υδρογόνο n=4 n=3 n=2 n=1 Κβαντικός αριθμός τροχιακής στροφορμής Συμβολισμός καταστάσεων: ns, np, nd, nf,... Π. χ,2p: n=2,l=1 s:l=0 ; p :l=1 ; d :l=2 ; f :l=3,... Στο υδρογόνο, οι ενεργειακές καταστάσεις με ίδιο n, αλλά διαφορρετική τροχιακή στροφορμή l έιναι διαφορετικές, αν και πολύ κοντά. Σε άλλα άτομα είναι πολύ πιό διακριτές όμως. Π.χ., Na Α.Π.Θ - 18 Νοεμβ. 2011 Κ. Κορδάς - Πυρηνική & Στοιχειώδη Ι - Μάθημα 6β: Χαρακτηρηστικά πυρήνων 18

Eνέργεια: εξάρτηση και από τροχιακή στροφορμή Η ενέργεια εξαρτάται κι από την τροχιακή στροφορμή L= l l 1 ħ, όπου l=0,1,..., n 1 Συμβολισμός καταστάσεων: ns, np, nd, nf,... Π. χ,2p: n=2,l=1 s:l=0 ; p :l=1 ; d :l=2 ; f :l=3,... Νάτριο : Ενέργεια σύνδεσης για Na (ev) Ενεργειακές στάθμες με n=3, l=0 (s) και l=1 (p) έχουν ~2 ev διαφορά (κίτρινη γραμμή Na στο εργαστήριο ατομικής) Α.Π.Θ - 18 Νοεμβ. 2011 Κ. Κορδάς - Πυρηνική & Στοιχειώδη Ι - Μάθημα 6β: Χαρακτηρηστικά πυρήνων 19

Eνέργεια: εξάρτηση και από σπίν Η ενέργεια όμως εξαρτάται κι από το σπίν του ηλεκτρονίου Κάθε ιδιοκατάσταση της ενέργειας, στροφορμής κ' σπιν στο άτομο χαρακτηρίζεται από 4 κβαντικούς αριθμούς {n, l, m l, m s } Ολική στροφορμή ατόμου: άθροισμα τροχιακής στροφορμής και σπίν J= L S, j=l±1/2 Διπλή κίτρινη γραμμή του Νατρίου (θυμάστε στο εργαστήριο ατομικής;) Αποτέλεσμα της σύζευξης σπίντροχιάς (Spin-orbit coupling = L S coupling): σύζευξη του σπιν του ηλεκτρονίου με το μαγνητικό πεδίο που δημιουργεί το πρωτόνιο (poy to θεωρούμε σαν περιστρεφόμενο γύρω από το ηλεκτρόνιο, όταν βρίσκόμαστε πάνω στο ηλεκτρόνιο) Συμβολισμός καταστάσεων: ns J, np J, nd J, nf J,... Π. χ,2p 1 /2 : n=2,l=1, j=1/2 Ενέργεια σύνδεσης για Na (ev) Νάτριο : Ενεργειακές στάθμες με n=3, l=0 (s) και l=1 (p) έχουν ~2 ev διαφορά (κίτρινη γραμμή Na στο εργαστήριο ατομικής) Α.Π.Θ - 18 Νοεμβ. 2011 Κ. Κορδάς - Πυρηνική & Στοιχειώδη Ι - Μάθημα 6β: Χαρακτηρηστικά πυρήνων 20

Ακόμα ένας κβαντικός αριθμός: Ομοτιμία (parity) Είδαμε ότι κάθε ιδιοκατάσταση της ενέργειας, στροφορμής και σπιν στο άτομο χαρακτηρίζεται από 4 κβαντικούς αριθμούς {n, l, m l, m s }. 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 r = r P ψ r =ψ r =ψ r :άρτιασυνάρτιση Parity= 1 P ψ r =ψ r = ψ r :περιττήσυνάρτιση Parity= 1 Κι έτσι γράφουμε το σπίν και την ομοτιμία ως J P π.χ.,κατάσταση: 3 2 Σημείωση: για τις σφαιρικές συναρτήσεις του υδρογόνου (σελ 14): r r : P Y θ, φ =Y π θ, π φ = 1 l Y θ,φ, οπότε: Parity= 1 l Α.Π.Θ - 18 Νοεμβ. 2011 Κ. Κορδάς - Πυρηνική & Στοιχειώδη Ι - Μάθημα 6β: Χαρακτηρηστικά πυρήνων 21

Αντίστοιχοι κβαντικοί αριθμοί ορίζονται και στο δέσμιο σύστημα που μας απασχολεί τους πυρήνες Α.Π.Θ - 18 Νοεμβ. Κ. Κορδάς 2011 - Πυρηνική & Στοιχειώδη Ι - Μάθημα 6β: Χαρακτηρηστικά πυρήνων 22

Spin πυρήνα, J, και μαγνητική ροπή Το ολικό τροχιακό σπίν των νουκλεονίων + το άθροισμα των σπιν τους. J πυρήνα= νουκλεόνια L νουκλεόνια S Κάθε πρωτόνιο έχει σπιν {+1/2, -1/2} όπως και τα νετρόνια. Κι έτσι έχει μαγνητική ροπή: μ p =g p q 2 m p c e J =g p 2 m p c J J=g p μ N ħ μ N e ħ 2 m p c μ p =g p μ N j j 1 μ p, z =g p μ N m j U p = g p μ N m j B μ p 2.79 μ N όχι στοιχειώδη Πυρηνική μαγνητόνη ~ 2000 μικρότερη της μαγνητόνης του μ n 1.91 μ Bohr N m j πάιρνει 2j+1 τιμές τόσες επι μέρους στάθμες Παλλόμενο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο με συνχότητα ω αν: ħω = μβ/j προκαλεί μεταπτώσεις μεταξύ των σταθμών: Πυρηνικός Συντονισμός Α.Π.Θ - 18 Νοεμβ. 2011 Κ. Κορδάς - Πυρηνική & Στοιχειώδη Ι - Μάθημα 6β: Χαρακτηρηστικά πυρήνων 23

Spin πυρήνα, J Το ολικό τροχιακό σπίν των νουκλεονίων + το άθροισμα των σπιν τους. J πυρήνα= νουκλεόνια L νουκλεόνια S To ολικό σπίν άρτιων-άρτιων πυρήνων έχει βρεθεί ότι έιναι 0 ισχυρό ζευγάρωμα των προς σπιν προς άθροισμα 0 το ασύζευκτο νουκλεόνιο καθορίζει το σπίν του πυρήνα Oι πυρήνες έχουν μαγνητικές ροπές ~ -3 10 μ N Μικρό σε σχέση με τον αριθμό νουκλεονίων Μικρό σε σχέση με μαγνητόνη Bohr μάλλον όχι ηλεκτρόνια στους πυρήνες Α.Π.Θ - 18 Νοεμβ. 2011 Κ. Κορδάς - Πυρηνική & Στοιχειώδη Ι - Μάθημα 6β: Χαρακτηρηστικά πυρήνων 24