Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Айзенберг И. Механизмы возбуждения ядра. Электромагнитное и слабое взаимодействия

.pdf
Скачиваний:
16
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
15.23 Mб
Скачать

И.АЙЗЕНБЕРГ, В. ГРАЙНЕР

МЕ Х А Н И З М Ы

ВО З Б У Ж Д Е Н И Я

ЯД Р А

ЭЛ Е К Т Р О М А Г Н И Т Н О Е

ИС Л А Б О Е В З А И М О Д Е Й С Т В И Я

П е р е в од с а н г л и й с к о г о к а н д . физ - мат . наук С . П. К а м е р д ж и е в а

УДК 539.144

N U C L E AR THEORY

VOLUME 2

EXCITATION MECHANISMS OF T H E NUCLEUS

ELECTROMAGNETIC AND WEAK INTERACTIONS

Judah

M. Eisenberg, Professor of Physics.

 

 

 

University

of Virginia, Charlottesville, Virginia,

U. S. A.

 

Walter Greiner, Professor of Theoretical Physics.

 

 

Johann Wolfgang Goethe Universitat, Frankfurt

am

Main, Germany

NORTH-HOLLAND PUBLISHING

C O M p I ^ ^ ™ ; ^ " ^

\

AMS^RDAM—LONDON

 

J к а у ч к с - ї ї ^ ' » ? ' ' w . M

J

 

 

 

 

ЧИТАЛЬНОГО З Л Л А

 

 

 

б е р г

И.,

Г р а й н е р

В.

Меха-

 

/

низмы возбуждения

ядра. Электромагнитное

и сла-

 

I

бое

взаимодействия. Перев. с англ. М.,

Атомиздат,

 

I

1973,

348 с.

 

 

 

 

 

 

 

Книга является вторым томом трехтомной мо-

 

1

нографии, посвященной современной теории

струк-

 

:туры ядра. Авторы исходят из основных принципов теоретической физики, что придает изложению

стройность

и

убедительность.

 

 

 

В

данном

томе

рассматривается теория

элек­

тромагнитного

взаимодействия

ядер — взаимодей­

ствие

с

"^-квантами, электронами, ц-мезонами, ку-

лоновское

возбуждение — и

слабое взаимодействие

в ядрах

— Р-распад,

|и-захват. Многие из

рас­

смотренных

 

вопросов

плохо отражены

в

нашей

учебной

и

обзорной

литературе

(рассеяние

элек­

тронов,

взаимодействие

с

ц-мезонами,

реориента-

ционный эффект).

 

 

 

 

 

 

Книга написана на высоком педагогическом

уровне.

Авторы

не

только

обсуждают физический

смысл

результатов,

но и довольно подробно

пока­

зывают,

как

они получены.

 

 

 

Рис.

53,-

табл.

9,

библиографии — 391 назва­

ние.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А 0 з 4 ( 0 1 ) - 7 3 18—73 © Атомиздат, 1973 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие авторов к русскому изданию

 

 

6

Предисловие

переводчика

 

 

 

 

 

 

 

 

7

Предисловие

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

Введение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

Ч а с т ь

I .

ТЕОРИЯ

И З Л У Ч Е Н И Я

И Ф О Т О В О З Б У Ж Д Е Н И Е Я Д Е Р

15

Г л а в а

1.

Фотоны

 

 

 

 

 

 

 

 

15

 

 

§

1.1.

Уравнения

 

Максвелла

 

 

15

 

 

§

1.2.

Взаимодействие электромагнитного поля с заря­

 

 

 

 

 

женными частицами и законы сохранения . . .

22

 

 

§

1.3.

Плоские

волны

 

 

 

 

 

29

Г л а в а

2.

Разложение по

мультиполям

 

 

 

33

 

 

§

2.1.

Вращение и операторы углового момента . . . .

33

 

 

§

2.2.

Сферические

тензоры

 

 

43

 

 

§ 2.3.

Потенциалы

и

поля

мультиполей

 

48

 

 

§ 2.4.

Разложение

 

по

мультиполям для фотонов . . .

55

Г л а в а

3.

Вторичное квантование

электромагнитного

поля . . .

59

 

 

§ 3.1.

Лагранжианы и гамильтонианы для электромаг­

 

 

 

 

 

нетизма

 

 

 

 

 

 

 

 

59

 

 

§ 3.2.

Вторичное

 

квантование:

представление чисел

 

 

 

 

 

заполнения

 

 

 

 

 

 

 

77

 

 

§

3.3.

Энергия

электромагнитного

взаимодействия . . .

83

Г л а в а

4.

Взаимодействие

излучения

с веществом

 

87

 

 

§ 4.1.

Разложение по мультиполям и теорема Зигерта

90

 

 

§ 4.2.

Эффективные заряды для электрических переходов

94

 

 

§•4.3.

Правила

отбора

по

изоспину

 

101

 

 

§ 4.4. Общие свойства

электромагнитных

переходов в

 

 

 

 

 

длинноволновом

приближении

 

107

 

 

§

4.5.

Рассеяние

фотонов;

эффект

Рамана

 

112

 

 

§ 4.6.

Фотоядерный гигантский резонанс и правила сумм

123

 

 

§ 4.7.

Поглощение фотонов большой энергии и квази-

 

 

 

 

 

дейтронный

механизм

•.;

132

 

 

jj 4.8.

Пример: фотопоглощение в 4 Не

 

134

Ч а с т ь

П .

Э Л Е К Т Р О В О З Б У Ж Д Е Н И Е

Я Д Е Р

 

 

 

 

,

141

Г л а в а

5.

Общие

свойства

рассеяния электронов

 

 

-

141

 

 

§

 

5.1.

Взаимодействие

электрона

с ядром

 

 

144

 

 

§ 5.2.

Разложение

по мультиполям

для

взаимодейству­

 

 

 

 

 

 

ющих

зарядов

 

 

 

 

 

 

 

 

150

 

 

§

5.3.

Результаты борцовского приближения с плоскими

 

 

 

 

 

 

волнами

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

153

 

 

§

5.4.

Сравнение процессов электрорасщепления и фото­

 

 

 

 

 

 

расщепления

ядра

 

 

 

 

 

 

 

164

 

 

§

5.5.

Упругое

рассеяние

 

 

 

 

 

 

 

166

 

 

§

5.6.

Выход за рамки борцовского приближения с пло­

 

 

 

 

 

 

скими

волнами

 

 

 

 

 

 

 

 

174

 

 

§

5.7.

Радиационные поправки для рассеяния электронов

185

Г л а в а

6.

Информация

о

структуре

ядра, получаемая

из

анализа

 

 

 

электровозбуждения

ядер

 

 

 

 

 

 

 

190

 

 

§ 6.1.

Оператор электровозбуждения в ядерном про­

 

 

 

 

 

 

странстве:

преобразование

Фолди—Вутхайзена

190

 

 

§

6.2.

Правила сумм для рассеяния электронов . . .

199

 

 

§ 6.3.

Модель

Хелма

 

 

 

 

 

 

 

 

204

 

 

§

6.4.

Пример:

рассеяние

электронов на 4 Н е . . . .

207

Г л а в а

7.

Кулоновское

возбуждение

 

 

 

 

 

 

 

212

 

 

§ 7 . 1 .

Полуклассическое

рассмотрение

кулоновского

 

 

 

 

 

 

возбуждения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

213

 

 

§ 7.2.

Квантовомеханическое

 

рассмотрение

кулонов­

 

 

 

 

 

 

ского

возбуждения

 

 

 

 

 

 

 

225

 

 

§ 7.3.

Многократное

кулоновское

возбуждение

и ре-

 

 

 

 

 

 

орнентациониые

эффекты

 

 

 

 

232

Г л а в а

8.

Мюонные атомы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

238

 

 

§ 8.1.

Сферическое

 

распределение

статического

заряда

239

 

 

§ 8.2. Эффекты сверхтонкой структуры

 

 

 

247

 

 

§

 

8.3.

Пионные

атомы

 

 

 

 

 

 

 

257

Ч а с т ь

I I I .

 

ЛАБОЕ

В З А И М О Д Е Й С Т В И Е

В Я Д Р А Х ]

 

 

 

260

Г л а в а

9.

Универсальное взаимодействи

 

Ферми и бета-распад ядер

260

 

 

§ 9.1.

 

Гамильтониан

слабого

взаимодействия . . . .

260

 

 

§

9.2.

 

Нерелятивистский предел в пространстве ну­

 

 

 

 

 

 

клонов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

270

 

 

§ 9.3.

Разложение

 

по

мультиполям

 

 

 

273

 

 

§

9.4.

Бета-распад

 

 

 

 

 

 

 

 

 

275

 

 

§ 9.5.

 

Гипотеза сохранения

векторного

тока

 

286

Г л а в а

10.

 

Захват

мюонов .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

292

 

 

 

§

10.1.

Вероятность

захвата

'.

 

 

 

 

293-

 

 

 

§

10.2.

Гипотеза

частично сохраняющегося

аксиально-

 

 

 

 

 

 

 

векторного

тока

 

 

 

 

 

 

 

302

 

 

§

10.3.

Связь радиационного

поглощения пионов с за­

 

 

 

 

 

 

 

хватом

мюонов

 

 

 

 

 

 

 

307

П р и л о ж е н и е

А. Квантовая теория углового момента

 

312

 

 

 

§ ПАЛ. Операторы углового момента

 

 

 

312

 

 

 

§ ПА.2. Сложение

угловых

 

моментов.

Коэффициенты

 

 

 

 

 

 

 

Клебша—Гордана

и

3/-символы . . . . . .

314

§

ПА.З. Сложение

трех угловых

моментов, коэффици­

 

 

енты Рака

и б/'-символы

 

 

319

§ ПА.4. Сложение

Четырех

УГЛОВЫХ МОМеНТОВ, 9/-СИМ-

 

 

волы

 

 

 

 

 

 

321

§ ПА.5. Тензорные

операторы

и

теорема Вигнера —

 

 

Эккарта

 

 

 

 

 

 

322

§ ПА.6. Обращение времени в теории угловых моментов

324

П р и л о ж е н и е

Б. Теория

Дирака . .

 

 

 

326

§ ПБ.1. Уравнение

Дирака

и его

трансформационные

 

 

свойства

 

 

 

 

 

 

326

§ ПБ.2. Решение

уравнения

Дирака в виде

плоских

 

 

волн

 

 

 

 

 

 

330

§ ПБ.З. Уравнение

Дирака

для

центрального

потен­

 

 

циала

 

 

 

 

 

 

333

П р и л о ж е н и е В. Матрицы

плотности

 

 

 

 

335

§ ПВ.1. Определение и общие

свойства

 

335

§ ПВ.2. Поляризационная матрица плотности

. . . .

335

Литература

 

 

 

 

 

 

 

337

Дополнительная

литература

 

 

 

 

 

 

346

П Р Е Д И С Л О В И Е А В Т О Р О В К Р У С С К О М У И З Д А Н И Ю

Выход в свет русского издания нашей книги, посвященной тео­ рии ядра, — большая радость для нас. Мы надеемся, что книга будет полезна студентам и специалистам различных профилей.

В прошлом в России, а впоследствии в Советском Союзе был достигнут высокий уровень работ в области атомной и ядерной физики. Этот уровень сохраняется и в настоящее время.

Мы будем также очень рады, если перевод этой книги поможет

дальнейшему

развитию международных

связей

и сотрудничества

в деле решения увлекательных проблем

физики

ядра.

 

Шарлоттесвнлле, Виргиния

 

И. М.

АЙЗЕНБЕРГ

Франкфурт на

Майне

 

ВАЛЬТЕР

ГРАЙНЕР

Сентябрь 1972

г.

 

 

 

П Р Е Д И С Л О В И Е П Е Р Е В О Д Ч И К А

Изучение взаимодействия ядер с полями, слабыми по сравнению •с полями, которые действуют между нуклонами, является важней­ шим методом изучения ядерных свойств. Слабость поля «пробных» частиц позволяет рассматривать все процессы в рамках теории возмущений по взаимодействию ядер с такими полями. При прочих равных условиях это, как правило, значительно увеличивает на­ дежность получаемых результатов и обеспечивает относительную простоту их интерпретации по сравнению с результатами, которые получаются с помощью частиц, сильно взаимодействующих с ядром.

О популярности указанного метода изучения ядер свидетельствует,

вчастности, непрерывное строительство и совершенствование со­ ответствующих экспериментальных установок. Объем накопленной информации в этой области огромен и продолжает быстро расти.

Книга Айзенберга и Грайнера посвящена рассмотрению теории взаимодействия ядер с электромагнитными полями и теории слабого взаимодействия в ядрах. Она является вторым томом трехтомной монографии авторов «Теория ядра». Авторы — известные физики, активно работающие в области теоретической ядерной физики, в ча­ стности в области приложения формализма, описанного во втором томе. Монография написана для читателей, изучивших обычный одногодичный курс квантовой механики и общий курс ядерной

физики. Авторы

поставили

перед собой благородную цель — дать

•систематическое

изложение

современной

теории ядра

исходя,,

по возможности,

из основных принципов

теоретической

физики.

В этом смысле они делают все, чтобы теория ядра не выглядела «набором кулинарных рецептов».

В книге с большим педагогическим мастерством изложен не­ тленный формализм, который необходим для понимания физических процессов в ядрах, активно исследуемых и теоретиками и экспери­ ментаторами. Значительное внимание в ней также уделяется и фи­ зической стороне рассматриваемых вопросов. В литературе на рус­ ском языке до настоящего времени отсутствовали не только книги, но и достаточно подробные и доступные обзоры по таким важнейшим вопросам, как взаимодействие ядер с электронами и

(i-мезонами, слабое взаимодействие в ядрах, которые составляют содержание второй и третьей частей книги Айзенберга и Грайнера. Поэтому перевод этой книги является весьма своевременным. Учитывая, что она может быть использована как учебное пособие, при переводе было решено дополнить библиографию, приведенную авторами, списком учебной и монографической литературы на рус­ ском языке и в соответствующих местах снабдить текст примеча­ ниями терминологического характера.

Особенностью книги Айзенберга и Грайнера является ясность и наглядность изложения: примеры и иллюстрации тщательно подобраны и очень хорошо «работают», материал излагается так, чтобы всегда был виден физический смысл используемого формализ­ ма, общетеоретический материал максимально приспособлен к це­ лям ядерной физики. Другой особенностью является подробный вывод многих важных формул, что делает ее полезной в качестве справочного пособия при расчетах соответствующих процессов взаимодействия ядер. Книга восполняет разрыв между имеющимися учебниками, в которых рассматриваемые вопросы излагаются на довольно элементарном и недостаточном для практического ис­ пользования уровне, и монографиями и обзорами, в которых изла­ гаемые в ней вопросы считаются хорошо известными читателю. Поэтому книгу Айзенберга и Грайнера можно считать учебником (или монографией) нового типа, который подготавливает читателя непосредственно к чтению оригинальной литературы. Несомненно, что она будет хорошим помощником и преподавателям, которые теперь в большей степени смогут сосредоточиться на физической стороне дела, и тем, кто решит самостоятельно разобраться в ин­ тересующем их вопросе. Таким образом, можно надеяться, что книга Айзенберга и Грайнера будет «долгожителем» в нашей ли­ тературе.

С. КАМЕРДЖИЕВ

П Р Е Д И С Л О В И Е

Теория структуры ядра долгое время была одной'из наиболее трудных для преподавания областей физики. Дело в том, что мето­ ды, применяемые для изучения ядер, весьма разнообразны, и среди них невозможно выделить достаточно широкие общие темы. Напри­ мер, экспериментально исследовались такие различные явления, как (d, п)-реакции и захват мюонов. Даже те эксперименталь­ ные методы, которые взаимно связаны в силу своей физической природы (например, кулоновское возбуждение, фотоядерные реак­ ции и мюонные атомы, имеющие в основном электромагнитную природу), основываются на совершенно разных свойствах ядерной динамики или статики. Вследствие этого экспериментальная ин­ формация в определенной степени имеет тенденцию к фрагментации, а не к интеграции. Подобная же картина наблюдается и в работах по теории ядра. В попытках описания свойств ядер с помощью феноменологических моделей привлекалось множество специаль­ ных областей физики, которые часто очень далеки друг от друга:, классическая гидродинамика, вращающиеся молекулы, модель оболочек, сверхпроводимость, дисперсионные соотношения и т. д„

При таком положении большинство попыток представить физику ядра в более или менее законченном виде сводилось к написанию обзоров основных результатов в разных областях ядерной физики. Читателю же оставлялась тяжелая работа понять, как первопринципы теории превращаются в детальные количественные предсказа­ ния свойств ядер. Эта работа становится все более трудной по меретого, как литература по ядерной физике, обширная и хаотическая' уже в настоящее время, увеличивается с устрашающей скоростью,, тогда как некоторые наиболее фундаментальные принципы теорив весьма кратко излагаются лишь в оригинальных журнальных статьях. Нам кажется, что настало время попытаться представитьнакопленный материал в компактном, виде и рассмотреть его'

сединой точки зрения.

Всоответствии с этим мы попытались дать замкнутое изложе­ ние физики ядерной структуры, которое отражало бы главные до­ стижения теории и развивало бы их разумным образом. Нашей

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ