Обобщённая модель ядра
Обобщённая моде́ль ядра́ (коллективная модель ядра), модель атомного ядра, в которой учитываются как коллективные, так и одночастичные движения нуклонов внутри ядра. Под коллективным движением понимают согласованное движение множества нуклонов, которое может проявляться как вращение ядра или колебание его формы; одночастичным называют движение отдельных нуклонов в потенциальном поле, создаваемом другими нуклонами. Обобщённая модель ядра предложена О. Н. Бором, Б. Моттельсоном и Д. Рейнуотером в начале 1950-х гг. и объединила в себе черты оболочечной и ротационной моделей ядра, а также капельной модели ядра. Создание обобщённой модели ядра связано с тем, что некоторые экспериментальные данные не могли быть объяснены в рамках оболочечной модели, успешной во многих других отношениях. В частности, не находили объяснения большие значения электрических квадрупольных моментов ядер и некоторые особенности структуры возбуждённых состояний ядер.
Экспериментально измеренные большие значения электрических квадрупольных моментов ядер, в которых число нуклонов далеко от магических чисел, указывают на несферическую форму таких ядер. Предполагается, что такая форма является следствием воздействия нуклонов, находящихся в незаполненной оболочке, на остальные нуклоны ядра – т. н. остов. В деформированных ядрах возникает потенциал среднего поля, не обладающий сферической симметрией, и одночастичные уровни (нуклонные орбиты) имеют характеристики, отличающиеся от тех, что даёт оболочечная модель со сферически симметричным потенциалом. Применение потенциала с аксиальной симметрией позволило получить значения спинов многих состояний деформированных ядер, соответствующие экспериментальным данным. Одночастичное возбуждённое состояние ядра возникает, когда один или несколько нуклонов переходят с нижних одночастичных уровней энергии на верхние.
Вращение несферических ядер с разными энергиями приводит к возникновению вращательных возбуждённых состояний ядер (согласно квантовой механике, сферически симметричные объекты не имеют вращательных состояний). Такая последовательность вращательных состояний ядра называется вращательной полосой. Энергии вращательных состояний ядер, имеющих, например, форму эллипсоида вращения и чётные числа нейтронов и протонов, определяются по формуле где – постоянная Планка, – спин ядра в данном состоянии, – момент инерции ядра. Спины ядер в этих состояниях принимают значения 2, 4, 6 и т. д., соответственно энергии рассматриваемых состояний должны соотноситься между собой как 1:¹⁰⁄₃:7 и т. д., что нашло экспериментальное подтверждение.
Форма ядра может колебаться относительно некоторой равновесной формы (сферической или несферической). Колебания формы ядер разной энергии приводят к возникновению колебательных (вибрационных) возбуждённых состояний ядер. Например, для сферических ядер с чётными числами нейтронов и протонов обобщённая модель ядра предсказывает наиболее явное проявление квадрупольных гармонических колебаний, образующих возбуждённые мультиплетные состояния ядер с положительными чётностями и эквидистантными уровнями энергии, что с удовлетворительной точностью подтверждается экспериментально.
Разные виды возбуждений (одночастичные, вращательные и колебательные) сами по себе и в сочетаниях друг с другом создают довольно сложный спектр возбуждённых состояний ядер. Так, несферическое ядро в одночастичном возбуждённом состоянии может начать вращаться, что приводит к возникновению вращательной полосы у данного одночастичного возбуждённого состояния.
Обобщённая модель ядра позволила объяснить природу многих возбуждённых состояний ядер, большие значения электрических квадрупольных моментов ядер, повышенную вероятность электрических квадрупольных переходов между ядерными состояниями.