ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ

Σχετικά έγγραφα
ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ. Παπανικόλας) & Ε. Στυλιάρης ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ,, Ιδιότητες των Σωματίων Ισοτοπικό Σπιν

Πυρηνικές Δυνάμεις. Διάλεξη 4η Πετρίδου Χαρά

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

Ο Πυρήνας του Ατόμου

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

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ

Πυρηνική Επιλογής. Τα νετρόνια κατανέμονται ως εξής;

ΠΥΡΗΝΙΚΑ ΜΟΝΤΕΛΑ Τάσος Λιόλιος Μάθημα Πυρηνικής Φυσικής

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ. Ομοτιμία Κβαντικοί Αριθμοί Συμμετρίες και Νόμοι Διατήρησης

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

Σημαντικό: Σε περίπτωση προβλήματος επικοινωνήστε με το διδάσκοντα

Το Ισοτοπικό σπιν Μαθηµα 5ο 27/3/2014

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

Το Ισοτοπικό σπιν Μαθηµα 5ο 30/3/2017

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

Πυρηνικά πρότυπα (μοντέλα)

Διάλεξη 3: Ενέργεια σύνδεσης και πυρηνικά πρότυπα

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.

Ξ. Ασλάνογλου Τμήμα Φυσικής Ακαδ. Έτος ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ

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

ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ I ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ. ιάλεξη 1a: 15/Νοε../2004. Κ.Ν. Παπανικόλας, Ε. Μαυροµµάτη. Φθινόπωρο 2004

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ. Ισχυρές Αλληλεπιδράσεις Γκλουόνια και Χρώμα Κβαντική Χρωμοδυναμική Ασυμπτωτική Ελευθερία

Μάθημα 12, 13, 14 Πυρηνικό μοντέλο των φλοιών

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

Νουκλεόνια και ισχυρή αλληλεπίδραση

Διάλεξη 2: Πυρηνική Σταθερότητα, σπιν & μαγνητική ροπή

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

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων 11/05/15

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

Εισαγωγή στη Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων. 5 ο Εξάμηνο Δεκέμβριος 2009

Σημαντικό: Σε περίπτωση προβλήματος επικοινωνήστε με το διδάσκοντα

Το Ισοτοπικό σπιν. και εγαρµογές του στην Πυρηνική Φυσική και τη Φυσική Στοιχειωδών Σωµατιδίων. Κώστας Κορδάς. LHEP, University of Bern

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων 18/04/16

Φερμιόνια & Μποζόνια

Διάλεξη 1: Εισαγωγή, Ατομικός Πυρήνας

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ

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

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

Μάθημα 10 & 11 Πυρηνικό μοντέλο των φλοιών

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

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Μάθημα 7: Οπτικό θεώρημα, συντονισμοί, παραγωγή σωματιδίων σε υψηλές ενέργειες

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

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

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

Πυρηνική δύναμη Μεσόνια και θεωρία Yukawa Τάσος Λιόλιος Μάθημα Πυρηνικής Φυσικής

Εισαγωγή στην Πυρηνική Φυσική και τα Στοιχειώδη Σωμάτια

Με διεθνή σύμβαση το 1961, καθιερώθηκε ότι 1 amu (atomic mass unit) είναι το 1/12 της μάζας του ουδέτερου ατόμου του άνθρακα 12 C, επομένως:

Διάλεξη 11-12: Ασκήσεις στην Πυρηνική Φυσική

Διάλεξη 6: Ατομική Δομή Συμμετρία Εναλλαγής

Ατομική και Μοριακή Φυσική

και χρησιμοποιώντας τον τελεστή A r P αποδείξτε ότι για

Γενική Μεταπτυχιακή Εξέταση - ΕΜΠ & ΕΚΕΦΕ-" ηµόκριτος"

ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΥΛΗΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1

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

ΦΥΣΙΚΗΣ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ ΙΙ. ΜΑΘΗΜΑ 4ο

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

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

Nobel Φυσικής για Κβαντική Ηλεκτροδυναμική

Πειραµατική Θεµελείωση της Φυσικής

Διάλεξη 17: Το μοντέλο των κουάρκ

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

Κεφάλαιο 39 Κβαντική Μηχανική Ατόμων

Μέγεθος, πυκνότητα και σχήμα των πυρήνων. Τάσος Λιόλιος Μάθημα Πυρηνικής Φυσικής

Διάλεξη 5: Αποδιέγερσεις α και β

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ

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

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Χ. Πετρίδου. Μάθημα 4: Σκέδαση αδρονίων και O Xρυσός Kανόνας του Fermi

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων Ε: Από τί αποτελείται η ύλη σε θεμελειώδες επίπεδο;

Πυρηνική Φυσική Θεόδωρος Μερτζιμέκης Ασκήσεις Παραδόσεων, Χειμ. Εξάμηνο

Εισαγωγή στη Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων. Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Χ. Πετρίδου. Μάθημα 4: Σκέδαση αδρονίων και O Xρυσός Kανόνας του Fermi

Η ενέργεια σύνδεσης των νουκλεονίων χαρακτηρίζεται από τα εξής χαρακτηριστικά:

Στοιχειώδη Σωματίδια. Διάλεξη 2η Πετρίδου Χαρά

. Να βρεθεί η Ψ(x,t).

Μ.Ζαµάνη

Το άτομο του Υδρογόνου- Υδρογονοειδή άτομα

Διάλεξη 7: Μοριακή Δομή

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

Πυρηνικές Αντιδράσεις

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

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

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

Στοιχειώδη Σωματίδια. Διάλεξη 12η Πετρίδου Χαρά

ΥΛΙΚΑ ΠΑΡΟΝ ΚΑΙ ΜΕΛΛΟΝ

Στοιχειώδη Σωματίδια. Διάλεξη 12η Πετρίδου Χαρά

1. Μετάπτωση Larmor (γενικά)

Μάζα των πυρήνων. Α. Λιόλιος Μάθημα Πυρηνικής Φυσικής

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

Διάλεξη 18: Καθιερωμένο πρότυπο (1978-?)

Χρήστος Α. Ελευθεριάδης. ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ Βασικές αρχές και Πυρηνοσύνθεση

ΚΒΑΝΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ. Ασκήσεις Κεφαλαίου Ι

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

ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΙ - Ενότητα 6

Καθ. Κ. Φουντάς, Εργ. Φυσικής Υψηλών Ενεργειών, Παν. Ιωαννίνων

Το Μποζόνιο Higgs. Το σωματίδιο Higgs σύμφωνα με το Καθιερωμένο Πρότυπο

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων 10/05/16

Διάλεξη 16: Παράδοξα σωματίδια και οκταπλός δρόμος

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

Transcript:

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ Ν. Γιόκαρης,, (Κ.Ν.( Παπανικόλας) & Ε. Στυλιάρης ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ,, 2016 Πυρηνικές Δυνάμεις, Πυρηνικά Δυναμικά Το Δευτέριο Πειραματική Μαρτυρία για Φλοιώδη Δομή Η Έννοια του Πυρηνικού Μέσου Πεδίου Το Πρότυπο Αέριου FermiF Το Πρότυπο Φλοιών 1 Stathis STILIARIS, UoA 2016

Χάρτης Νουκλιδίων Παρατηρήστε ότι υπάρχουν ασυνήθιστα πολλά σταθερά ισότοπα ή ισότονα αν το N ή Z είναι ίσα με 2,8, 20, 28, 50, 82, 126 Μαγικοί αριθμοί «2, 8, 20, 28, 50, 82, 126» 2 Stathis STILIARIS, UoA 2016

Οι Πυρηνικές Δυνάμεις Τα πυρηνικά συστήματα είναι δέσμια. Οι Πυρηνικές Δυνάμεις είναι ισχυρές και βραχείας εμβέλειας. Εξαιρετικό πεδίο μελέτης Αλληλεπίδρασης Νουκλεονίου Νουκλεονίου αποτελούν: το Δευτέριο και πειράματα σκέδασης ΝΝ. 3 Stathis STILIARIS, UoA 2016

ΠΥΡΗΝΙΚΕΣ ΔΥΝΑΜΕΙΣ α) Βραχείας εμβέλειας. Α 2 Vs A 3 εξάρτηση, επιχείρημα του Heisenberg. Επιβεβαίωση από δυναμικό Yukawa, και το χαρακτηριστικό μήκος κύματος Compton πιονίου. β) Σε μικρές αποστάσεις υπερνικούν την δύναμη Coulomb. Σε μεγάλες αποστάσεις σχάση. Πρωτόνια συνυπάρχουν στον πυρήνα. γ) Ανεξάρτητες (σε καλή προσέγγιση) του φορτίου κατοπτρικοί πυρήνες. 4 Stathis STILIARIS, UoA 2016

ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΔΥΝΑΜΙΚΑ Στην Πυρηνική Φυσική συναντάμε διαφόρων τύπων δυναμικά. Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε την διαφορά τους και την χρησιμότητα εφαρμογή τους. Στατικό όριο πεδίο θεωρητικών αντιδράσεων: Coulomb,Yukawa Αλληλεπιδράσεις Νουκλεονίου Νουκλεονίου: Paris, Bonn, Argonne etc. Δυναμικά Μέσου Πυρηνικού Πεδίου: Harmonic Oscillator, Woods Saxon 5 Stathis STILIARIS, UoA 2016

Συστήματα Δύο Νουκλεονίων Το σύστημα δυο νουκλεονίων (Ν Ν) αποτελεί το προφανές σύστημα για την μελέτη των πυρηνικών δυνάμεων. Ιδιαίτερα πλούσια πηγή πληροφόρησης αποτελούν οι ιδιότητες του δευτερίου Αναγκαία η πληροφόρηση από πειράματα σκέδασης p p, p n και n n (δύσκολο!) 6 Stathis STILIARIS, UoA 2016

Συστήματα Δύο Νουκλεονίων Κάνοντας χρήση του φορμαλισμού του ισοσπίν, βλέπουμε ότι έχουμε τέσσερις πιθανές καταστάσεις, μια τριπλή και μια μονή κατάσταση T = T 3 = 1 pp 1 T 3 = 0 pn T = 0 T 3 T 3 = 1 nn = 0 Isotriplet isosinglet 2.2 MeV 7 Stathis STILIARIS, UoA 2016

Το Δευτέριο Δέσμιο n p σύστημα. Το μόνο δέσμιο σύστημα Ν Ν. Πειραματικά δεδομένα: 1 2 2 < r > 2. 1 fm T = 0, T 3 = 0 J π =1 + Ενέργεια σύνδεσης : 2,22463±0,00004 MeV. Δεν παρατηρούμε καμιά διεγερμένη κατάσταση. Μαγνητική Διπολική ροπή: < μ >= 0.8574376 ± 0. 0000004 μ Ν Τετραπολική Ηλεκτρική ροπή: Q = 0.00288 ± 0.00002 b 8 Stathis STILIARIS, UoA 2016

V Το Δυναμικό του Παρισιού ( r) = VCl ( r) + VT ( r) Ω T + VSO ( r) Ω SO + VSO 2 ( r) Ω SO 2 Ω T = ( σ1 r)( σ 2 r) 3 σ 2 1 σ 2 r hω = σ 1 + σ ) SO ( 2 L h 2 Ω SO2 = ( σ1 L)( σ 2 L) + ( σ 2 L)( σ1 L) 9 Stathis STILIARIS, UoA 2016

Το Δυναμικό του Argonne Υπολογισμοί σε κβαντομηχανική Ν σωμάτων H = h 2m 2 2 + + i Uij i i< j i< j< k V ijk U ij p= 1.8 O ij = = 1, p= 1, n U S, p τ τ, ι ij j ( r ij σ ) O p ij σ, S ( τ τ ), ij ι ι j j (σ i σ )( τ τ ), j L S, i j L S(τ i τ ) j S ij ) ) = ) [ 3( σ r )( σ r σ σ ] i ij j ij ι j 10 Stathis STILIARIS, UoA 2016

Το Δυναμικό του Argonne 11 Stathis STILIARIS, UoA 2016

Τανυστικό Δυναμικό Η παραμόρφωση του δευτερίου η οποία και αποδεικνύεται με την μη μηδενική τετραπολική ροπή του αποτελεί αποτέλεσμα ύπαρξης τανυστικής συνιστώσας στο πυρηνικό δυναμικό Το τανυστικό δυναμικό, περίπλοκο μεν αλλά είναι ήδη γνωστό από τον Η Μ. Η ύπαρξη τανυστικής συνιστώσας στην αλληλεπίδραση κουάρκς θα αποτελέσει πιθανή εξήγηση της πιθανολογούμενης παραμόρφωσης των αδρονίων. 12 Stathis STILIARIS, UoA 2016

ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΔΥΝΑΜΙΚΑ Ρεαλιστικά Δυναμικά Αλληλεπιδράσεις Νουκλεονίου Νουκλεονίου: (Paris, Bonn, Argonne etc.) Μας επιτρέπουν ακριβή υπολογισμό των ιδιοτήτων των ελαφρών πυρήνων (Α < 12). Οι γιγαντιαίοι υπολογισμοί που απαιτούνται για βαρειούς πυρήνες δεν είναι εφικτοί. Χρειάζεται άλλη μεθοδολογία και προσέγγιση για τον υπολογισμό των ιδιοτήτων των βαρειών πυρήνων. 13 Stathis STILIARIS, UoA 2016

Ενέργεια Σύνδεσης Πυρήνων Πυρήνες με N και / ή Z ίσο με τους μαγικούς αριθμούς είναι ασυνήθιστα δέσμιοι. Παρατηρούμε δομή φλοιών παρόμοια με αυτή που παρατηρείται στα άτομα? 14 Stathis STILIARIS, UoA 2016

Δομή Φλοιών σε Ατομικές Ακτίνες 15 Stathis STILIARIS, UoA 2016

Δομή Φλοιών (Ενέργεια Ιονισμού) 16 Stathis STILIARIS, UoA 2016

Δομή φλοιών (Πυρηνικές Ενέργειες Σύνδεσης) 17 Stathis STILIARIS, UoA 2016

Το Πυρηνικό Πρότυπο Φλοιών Μη αναμενόμενο: Πως μπορούμε να έχουμε συμπεριφορά ανεξάρτητου σωματίου σε πυκνό σύστημα; Η πειραματική μαρτυρία είναι αδιάσειστη («μαγικοί αριθμοί», ημιελαστική σκέδαση ) Αποτελεί την αφετηρία της σύγχρονης πυρηνικής θεωρίας. 18 Stathis STILIARIS, UoA 2016

Πρότυπο Φλοιών Η πειραματική φλοιώδους υφής μαρτυρεί ότι το σύστημα μπορεί να περιγραφεί (να γίνει κατανοητό) σαν ένα σύστημα Ν σωμάτων τα οποία δεν αλληλεπιδρούν (έστω και προσεγγιστικά) μεταξύ τους, παρά μέσω ενός κοινού δυναμικού, ενός μέσου πεδίου. Εξαιρετικό παράδειγμα: Η συμπεριφορά των ηλεκτρονίων στους ατομικούς πυρήνες. Ερώτημα: Στα άτομα το μέσο πεδίο είναι προφανές (το πεδίο Coulomb του πυρήνα το οποίο δεσμεύει τα ηλεκτρόνια. Στους πυρήνες όμως; Ποιó είναι το πυρηνικό μέσο πεδίο; Και πώς μπορούμε να θεωρήσουμε ότι τα νουκλεόνια, στο πυκνό και κορεσμένο πυρηνικό μέσο ότι δεν αλληλεπιδρούν; 19 Stathis STILIARIS, UoA 2016

Θεωρίες Μέσου Πεδίου Η θεωρία μέσου πεδίου αποτελεί το θεωρητικό υπόβαθρο στην κβαντική θεωρία πολλών σωμάτων για την κατανόηση (και υπολογισμό) των τροχιακών, που αποτελούν την θεμελίωση της κίνησης ανεξάρτητου σωματίου. Μέσο πεδίο Τροχιακά Φλοιώδης δομή Κλασσικό παράδειγμα η ατομική θεωρία όπου Το μέσο πεδίο είναι το ηλεκτροστατικό πεδίο που «βλέπει» κάθε ηλεκτρόνιο. Η κίνηση ανεξάρτητου σωματίου αναφέρεται στην κίνηση των ηλεκτρονίων, όπου λόγω και της χαμηλής πυκνότητας είναι και διαισθητικά προφανής. Δεν είναι καθόλου προφανές πως και γιατί προκύπτει κίνηση ανεξάρτητου σωματίου για τα νουκλεόνια στους ιδιαίτερα πυκνούς ατομικούς πυρήνες. 20 Stathis STILIARIS, UoA 2016

Προσέγγιση Μέσου Πεδίου Οι ιδιότητες του περίπλοκου συστήματος Ν νουκλεονίων εμπεριέχονται στην κυματοσυνάρτηση Ψ(1,,Ν) η οποία είναι η λύση της εξίσωσης Schrödinger : H = h 2m 2 2 + + i Uij i i< j i< j< k V ijk Αν η πλήρης Χαμιλτονιανή Η μπορεί να προσεγγιστεί με Χαμιλτονιανή ενός σώματος Η 0 τότε: H H 0 = 2 h 2m 2 + i i i V i 21 Stathis STILIARIS, UoA 2016

Προσέγγιση Μέσου Πεδίου Ηπλήρως αντισυμμετρική λύση, η απαιτούμενη για φερμιόνια, είναι: Οι κυματοσυναρτήσεις ενός σώματος φ λ (r, r,θ,φ) ) με τις οποίες οικοδομούμε την πλήρη κυματοσυνάρτηση Ψ Α αποκαλούνται τροχιακά. 22 Stathis STILIARIS, UoA 2016

Πειραματική Επιβεβαίωση συμπεριφοράς ανεξάρτητου Σωματίου «Μέτρηση» κυματοσυνάρτησης ενός 3s1/2 πρωτονίου! Διαφορά της κατανομής φορτίου σε 206Pb 205Tl από πειραματικά δεδομένα. και Η καμπύλη δείχνει τη πρόβλεψη του προτύπου φλοιών για ένα 3s1/2 πρωτόνιο. B. Frois and C.N. Papanicolas ANRPS (1987) 23 Stathis STILIARIS, UoA 2016

Θεωρίες Μέσου Πεδίου Υπενθύμιση: Σε θεωρίες μέσου πεδίου: H H 0 = 2 h 2m 2 + i i i V i Η Επιλογή του Μέσου δυναμικού,v i, ορίζει το πρότυπο. Αέριο Fermi: Woods Saxon: 0 < R V i = R V 1+ e WS 0 U ( r) = ( r R) / a Ανάγκη κατανόησης Πυρηνικών Δυνάμεων Το αέριο Fermi αποτελεί την πιο ακραία μορφή θεωρίας μέσου πεδίου. Μπορούμε να παραγάγουμε (όπως) και γίνεται με την λύση της πιο πάνω Χαμιλτονιανής με πιο περίπλοκα δυναμικά. 24 Stathis STILIARIS, UoA 2016

Πυρηνικά Πηγάδια Δυναμικού Μέσου Πεδίου Σχηματική αναπαράσταση πηγαδιών δυναμικού για τον υπολογισμό των τροχιακών για νετρόνια (a)( ) και πρωτόνια (b)( S n : E n F: Ενέργεια Δέσμευσης τελευταίου νουκλεονίου Ενέργεια Φέρμι 25 Stathis STILIARIS, UoA 2016

Επίδραση της δύναμης Coulomb Δυναμική Ενέργεια Coulomb ενός πρωτονίου μέσα σε ομοιόμορφα φορτισμένη σφαίρα ολικού φορτίου (Z 1)( 1)e. 26 Stathis STILIARIS, UoA 2016

Πυρηνικά Πηγάδια Δυναμικού Μέσου Πεδίου Σχηματική αναπαράσταση πηγαδιών δυναμικού μέσου πεδίου για πρωτόνια και νετρόνια. Αναγράφεται η συνολική ενέργεια σύνδεσης για 12 νουκλεόνια (αυθαίρετες μονάδες). 27 Stathis STILIARIS, UoA 2016

Πυρηνικά Πηγάδια Δυναμικού Συσχέτιση του βάθους δυναμικού (Fermi)( για διάφορα συστήματα (πυρήνα, άτομο χαλκού και στερεό Ν 2 ) 28 Stathis STILIARIS, UoA 2016

ΑΕΡΙΟ FERMI Ας εξετάσουμε φερμιόνια περιορισμένα σε όγκο V. Ας αρχίσουμε με την απλή περίπτωση κιβωτίου διαστάσεων L, V=L 3. V ( x, y, z ) = 0 Ψ (x, y, z) = A kl = n π άρα Ψ (x, y, z) μέσα sink k i = = A x στο κκιβώτι x sink y sink n i π (i = x, y, L n x π sin( ) sin( L y z) n z z y L π ) sin( n z π L ) Το φερμιόνιο με κυματοδιάνυσμα kx έχει ορμή p x = h k x 29 Stathis STILIARIS, UoA 2016

Ας δούμε τι σημαίνει το πιο πάνω αποτέλεσμα στον χώρο των ορμών: «όγκος» που καταλαμβάνει κάθε κατάσταση: Αριθμός καταστάσεων ανά μονάδα «όγκου» στον χώρο των ορμών: i v L = ) ( h π 3 3 ) ( ) ( 1 h h π π V L v i = = ) ( L p i h π = Δ 30 Stathis STILIARIS, UoA 2016

Προσοχή: Μας ενδιαφέρει μόνο το τεταρτημόριο (+++) δηλαδή το 1/8 του διαθέσιμου χώρου. Αρνητικό πρόσημο σε οποιαδήποτε επιμέρους κυματοσυνάρτηση δεν έχει ξεχωριστή σημασία. Αν το φερμιόνιο έχει σπιν S τότε η αρχή του Pauli μας επιτρέπει να έχουμε (2s+1) φερμιόνια να καταλαμβάνουν την ίδια κατάσταση. 31 Stathis STILIARIS, UoA 2016

Πυκνότητα Καταστάσεων 32 Stathis STILIARIS, UoA 2016

ΑΕΡΙΟ FERMI Τα νουκλεόνια είναι φερμιόνια (spin ½) και υπακούουν στην απαγορευτική αρχή του Pauli. Δεχόμενοι ότι η πυκνότητα καταστάσεων n(e)=dn/de ακολουθεί τη στατιστική ενός Fermi αερίου, έχουμε: n(e) = dn/de = V/4π 2 (2m/ħ 2 ) 3/2 3/2 E 1/2 33 Stathis STILIARIS, UoA 2016

ΑΕΡΙΟ FERMI Ο συνολικός αριθμός των νουκλεονίων που περιέχονται σε ένα απλό πηγάδι δυναμικού με βάθος E F είναι: n(e) = dn/de με τελικό αποτέλεσμα 34 Stathis STILIARIS, UoA 2016

ΑΕΡΙΟ FERMI Ησχέση αυτή συνδέει το βάθος του δυναμικού E F με τον ολικό αριθμό των νουκλεονίων Ν και τον όγκο V του πυρήνα Το κλάσμα N / V μπορεί να εκτιμηθεί όμως από τη σχέση: οπότε τελικά η E F δίνεται από τη σχέση 35 Stathis STILIARIS, UoA 2016

ΑΕΡΙΟ FERMI ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ Από τη σχέση αυτή φαίνεται πως το βάθος του δυναμικού E F εξαρτάται μόνο από την σταθερά της ακτίνας Ro! Αντικαθιστώντας Ro=1.35fm βρίσκουμε E F ~ 40 MeV 36 Stathis STILIARIS, UoA 2016

Πειραματική Επιβεβαίωση Θεωρίας Fermi (με ημιελαστική σκέδαση) 37 Stathis STILIARIS, UoA 2016