1 / 23

Egzotyczne kształty jąder atomowych

Egzotyczne kształty jąder atomowych. Wykład popularno-naukowy Dzień Otwarty IFJ PAN 1 października 2004. Adam Maj IFJ PAN Kraków. Adam.Maj@ifj.edu.p l. http://chall.ifj.edu.pl/~maj/egzo/. „Fizyka jądrowa zajmuje się badaniem pewnej określonej postaci materii,

julius
Download Presentation

Egzotyczne kształty jąder atomowych

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Egzotyczne kształty jąder atomowych Wykład popularno-naukowy Dzień Otwarty IFJ PAN 1 października 2004 Adam Maj IFJ PAN Kraków Adam.Maj@ifj.edu.pl http://chall.ifj.edu.pl/~maj/egzo/

  2. „Fizyka jądrowa zajmuje się badaniem pewnej określonej postaci materii, a mianowicie materii jądrowej, której podstawowymi elementami są nukleony, a struktura związanych układów tych nukleonów, czyli struktura jąder atomowych, określona jest przez specyficzne oddziaływania jądrowe i oddziaływania elektromagnetyczne.” A. Strzałkowski, „Wstęp do fizyki jądra atomowego”, PWN 1978, str. 9 Jedną z konsekwencji tych oddziaływań jest kształt jądra „(…) nie wszystkie jądra są sferyczne, lecz przeważają raczej jądra wykazujące odstępstwa od kształtu sferycznego. (…) wystarczy w przeważającej liczbie przypadków przyjąć kształt osiowo symetryczny, a zatem kształt elipsoidy obrotowej. Większość jąder ma (…) kształt cygara a nie dysku. Odstępstwa od symetrii sferycznej są niewielkie (…) a:b=1.17.” A. Strzałkowski, „Wstęp do fizyki jądra atomowego”, PWN 1978, str. 293 Czy są jednak jądra posiadające znaczne odstępstwa od symetrii sferycznej – jądra o egzotycznych kształtach? http://chall.ifj.edu.pl/~maj/egzo

  3. Uwagi wstępne Kształty jąder w stanie podstawowym Wzbudzanie jąder i metody badania własności stanów wzbudzonych Ewolucja kształtów szybko obracających się „zimnych” jąder … oraz „rozgrzanych” Gigantyczny rezonans dipolowy jako sonda kształtów Inne przewidywane egzotyczne kształty Podsumowanie Co dalej? Plan referatu http://chall.ifj.edu.pl/~maj/egzo

  4. Uwagi wstępne Jądro atomowe, centralna część atomu o rozmiarach rzędu 10-14 ÷ 10-15 m, zbudowana z Z protonów i N neutronów (tj. z A nukleonów). Wszystkie układy fizyczne jakie znamy, jeśli mają wymiary <d> ≤ 10-10 m, są kwantowe. Oznacza to, że energie takich układów (więc i jądra)są skwantowane – dyskretne zamiast ciągłych. Panuje w tych układach zasada nieoznaczoności Heisenberga: Δp·Δx > const (h) Jeśli „zmierzymy” prędkość nukleonów w jądrze, ich pozycja będzie nieznana: nieostry brzeg jądra. http://chall.ifj.edu.pl/~maj/egzo

  5. Teoretyczne modele jądrowe (czyli uproszczone struktury teoretyczne) pomagają nam badać pewne określone własności takich małych układów jak jądro atomowe • Model kropli cieczy • Nukleony w jądrze zachowują się jak cząsteczki w cieczy, więc własności jądra powinny być podobne do własności kropli cieczy (lepkość, ściśliwość, napięcie powierzchniowe, kształt,…). • Silne oddziaływanie jądrowe odpowiada siłom lepkości, a siły elektrostatyczne - napięciu powierzchniowemu w kropli. • Model powłokowy • Jądro podobnie jak cały atom może pochłaniać i emitować określone kwanty energii. Oznacza to, że każdy nukleon zajmuje określoną powłokę. Wypełnianie poszczególnych powłok (powłoki dla neutronów i protonów są oddzielne) odpowiada kolejnym trwałym izotopom pierwiastków. Na każdej powłoce może być określona liczba nukleonów – jeśli powłoka jest całkowicie zapełniona – jądro jest szczególnie stabilne i ma kształt sferyczny. • Modele kolektywne • Rotacje, oscylacja, wzbudzenia wielocząstkowe,… http://chall.ifj.edu.pl/~maj/egzo

  6. Kształty jąder w stanie podstawowym Jądra sferyczne - gdy Z i N są „magicznymi” liczbami : 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. Zamknięte powłoki 1 lub 2 nukleony dodane do jąder sferycznych Niewielka deformacja typu „dysk” (ang.: oblate) a:b  1 : 1.1 Wiele nukleonów dodanych do jądra sferycznego: N i Z pomiędzy kolejnymi liczbami magicznymi. Zasada wykluczania Pauliego. Mała deformacja typu „cygaro” (ang.: prolate) a:b 1.2 : 1 http://chall.ifj.edu.pl/~maj/egzo

  7. Kształty jąder bardzo ciężkich: „gruszka” (deformacja oktupolowa) Np. uran-232 (232U)ma 92 protony i 140 neutrony. Cześć sferyczna: A132 Cześć wydłużona: A100 186Pb Bardzo ciężkie jądra łatwo się rozszczepiają Współistnienie kształtów: np.186Pb http://chall.ifj.edu.pl/~maj/egzo

  8. Wzbudzanie jąder i metody badania własności stanów wzbudzonych b>R b>R b<R Zderzenia ciężkich jonów Wzbudzenie kulombowskie b – parametr zderzenia Reakcja fuzji M·v·b = L L – momement pędu: kręt (też skwantowany) http://chall.ifj.edu.pl/~maj/egzo

  9. 14+ Schemat poziomów: pasmo rotacyjne 12+ 10+ 8+ 6+ 4+ 2+ 0+ Rotacja  – moment bezwładności Im jądro bardziej zdeformowane ( większe), tym odległości energetyczne pomiedzy kolejnymi poziomami mniejsze http://chall.ifj.edu.pl/~maj/egzo

  10. Schemat poziomów: wibrator 2+ 4+ 6+ 0+ C – wsp. sztywności jądra B - bezwładność n – 0,1,2,3,.. 2+ 4+ 0+ 2+ U – energia termiczna E* - energia wzbudzenia T – temperatura a – parametr gęstości poziomów 0+ Wibracja Wzbudzanie termiczne http://chall.ifj.edu.pl/~maj/egzo

  11. Jak otrzymuje się schematy poziomów? http://chall.ifj.edu.pl/~maj/egzo

  12. Wielkie układy detektorów promieniowania gamma i emitowanych cząstek Kadr z filmu „The Hulk” GAMMASPHERE(USA) EUROBALL (Włochy, Francja, ???) Film „Tajemniczy świat jąder atomowych” Pracownia Struktury Jądra, parter http://chall.ifj.edu.pl/~maj/egzo

  13. Ewolucja kształtów szybko obracających się „zimnych” jąder „Cygaro” (a:b  1.3:1) Superdeformacja (a:b  „2:1”) ?? Hiperdeformacja (a:b  „3:1”) Długie pasma rotacyjne o dużym  Jeszcze nie odkryta, ale są pewne przesłanki sugerujące istnienie Uwaga: W rzeczywistości dla SD a:b=1.7:1, zaś 2:1 przewiduje się dla HD http://chall.ifj.edu.pl/~maj/egzo

  14. 163Lu Pasmo super-zdeformowane #1 Pasmo super-zdeformowane #2 Przejścia pomiędzy pasmami – „kolebanie się” Jądra superzdeformowane trójosiowo a:b:c  1.6 : 1.2 : 1 „Kolebanie się” (ang. wobbling) http://chall.ifj.edu.pl/~maj/egzo

  15. Ewolucja kształtów szybko obracających się „rozgrzanych” jąder „Dysk” (a:b  1:1.2) Sfera Kształty Jacobiego C.G.J. Jacobi (1834): Grawitująca, nieściśliwa sfera rotująca synchronicznie Sfera  spłaszczający się dysk  bardzo wydłużone cygaro http://chall.ifj.edu.pl/~maj/egzo

  16. Gigantyczny rezonans dipolowy (GDR) jako sonda kształtów Sfera Cygaro Dysk 3-osie Drgania tłumione http://chall.ifj.edu.pl/~maj/egzo

  17. Kształt widma GDR Przejście kształtu Jacobiego na płaszczyżnie b-g b = parametr deformacji b=0 dla sfery b=0.6 dla a:b=2:1 b=0.9 dla a:b-3:1 g – parametr nieosiowości g=0o dla cygara g=60o dla dysku g=30o dla 3-osi Stwierdzenie istnienia kształtów Jacobiego w 46Ti http://chall.ifj.edu.pl/~maj/egzo

  18. Inne przewidywane egzotyczne kształty Kształty tetrahedralne (czworościan foremny – „piramida”) http://chall.ifj.edu.pl/~maj/egzo

  19. Główne osie symetrii „piramidy” Przewidywany schemat poziomów dla 110Zr http://chall.ifj.edu.pl/~maj/egzo

  20. Egzotyczne kształty c.d. Megadeformacja (a:b”4:1”) „Diament” (oktahedron) http://chall.ifj.edu.pl/~maj/egzo

  21. Podsumowanie Jądra atomowe nawet w stanach podstawowych mogą przybierać egzotyczne kształty, np. kształt „gruszki” Szybko obracające się jądra „zimne” mogą być superzdeformowane (elipsoida obrotowa z a:b=„2:1” lub elipsoida 3-osiowa z a:b:c=1.6:1.2:1). Próby poszukiwania hiperdeformacji (a:b=„3:1”) Szybko obracające się jądra „gorące” mogą przechodzić ewolucje sfera → dysk → bardzo wydłużone cygaro → rozszczepienie : kształty Jacobiego Teoria przewiduje istnienie jeszcze bardziej egzotycznych kształtów, jak np. „piramida”, „diament”, „megadeformacja” Eksperymentalne znajdowanie i badanie takich egzotycznych kształtów pozwala na weryfikacje modeli teoretycznych, co pośrednio pozwala nam lepiej poznać oddziaływania panujące w mikroświecie http://chall.ifj.edu.pl/~maj/egzo

  22. Co dalej? Jacobi - Grawitująca, nieściśliwa sfera rotująca synchronicznie: Sfera  spłaszczający się dysk  bardzo wydłużone cygaro Rotująca grawitująca ściśliwa elipsoida Sfera  spłaszczający się dysk  spirala Czy tak może też być w jądrze ??? http://chall.ifj.edu.pl/~maj/egzo

  23. Podziękowania Animacje POV-Ray:Rafał Maj (Kraków) Dyskusje i rysunki: Jerzy Dudek (Strasburg), Bent Herskind (Kopenhaga), Atilla Krasznahorkay (Debrecen), Nicholas Schunck (Surrey), John Simpson (Daresbury) koledzy z Pracowni Struktury Jądra IFJ PAN oraz http://wwwnsg.nuclear.lu.se/basics/excitations.asp Fundusze: Grant KBN nr 2 P03B 118 22 Kontakt: : Adam.Maj@ifj.edu.pl http://chall.ifj.edu.pl/~maj/egzo/ http://chall.ifj.edu.pl/~maj/egzo

More Related