Зеркальные ядра

Зерка́льные я́дра — атомные ядра-изобары, обладающие одинаковым массовым числом $A$, причём число нейтронов в одном из этих ядер равно числу протонов в другом.

Физические основы

Файл:Зеркальные ядра Li Be.gif

Схема энергетических уровней зеркальных ядер $_{3}^{7}Li$ и $_{4}^{7}Be$

Зеркальные ядра могут переходить друг в друга при при замене нейтронов на протоны или протонов на нейтроны, то есть принадлежат одному изобарическому мультиплету. Чаще всего встречаются среди лёгких ядер, для которых число протонов $Z$ и нейтронов $N$ отличаются не слишком сильно. Поскольку для зеркальных ядер наблюдается зарядовая независимость, спектры возбуждённых состояний зеркальных ядер очень похожи, значения квантовых чисел — спинов, чётности и изоспинов одинаковы.

При этом массы зеркальных ядер различны из-за различной кулоновской энергии и отличий в массах протона и нейтрона. Существование зеркальных ядер объясняется схожестью нуклонов — протонов и нейтронов во всём, кроме заряда. Для сильного взаимодействия эти частицы одинаковы, кварки внутри их и других адронов связываются сильным взаимодействием одинаково, отличие лишь в одной квантовой характеристике — проекции изоспина. У протона проекция изоспина равна $-{\frac {1}{2}}$, а у нейтрона $+{\frac {1}{2}}$. Массы протона и нейтрона отличаются на 0,1 %.

Поскольку изоспин системы нуклонов с массовым числом $A$ определяется как:

${\overrightarrow {I}}=\sum _{\alpha =1}^{A}{\overrightarrow {I_{\alpha }}}$,

то в ядре из нуклонов, каждый из которых имеет изоспин, равный ${\frac {1}{2}}$, и возможные значения изоспина определяются из неравенства:

${\Biggl |}{\frac {Z-N}{2}}{\Biggl |}\leq I\leq {\frac {A}{2}}$,

а проекция изоспина, соответственно, для всех состояний ядра в основном состоянии равна:

$I_{gs}=|I_{3}|={\Biggl |}{\frac {Z-N}{2}}{\Biggl |}$.

Если не учитывать кулоновскую энергию связи, то энергия зеркальных ядер совпадает с точностью до нескольких процентов,

Зеркальным ядрам свойственна изоспиновая симметрия сильных взаимодействий, и, как следствие, зарядовая симметрия. Исследования зеркальных ядер проявили многие свойства слабого взаимодействия и подтвердили его универсальный характер. Изучение зеркальных ядер позволяет получить информацию о нарушениях спиновой симметрии, изучая разности в энергиях возбуждённых состояний зеркальных ядер. Нарушения симметрии были обнаружены в зеркальной паре с массовым числом $A=73$: $^{73}Sr-^{73}Br$. У этих зеркальных ядер отличаются спины основных состояний, а разность энергий составляет 27 электронвольт, что по величине очень мало..

Зеркальными ядрами являются, например, такие:

$_{1}^{3}H-_{2}^{3}He$;

$_{3}^{7}Li-_{4}^{7}Be$;

$_{4}^{9}Be-_{5}^{9}B$;

$_{6}^{13}C-_{8}^{13}O$;

$_{6}^{14}C-_{8}^{14}O$.

На рисунке показана схема энергетических переходов уровней зеркальных ядер $_{3}^{7}Li$ и $_{4}^{7}Be$.

Литература

• Капитонов И. М. Введение в физику ядра и частиц. — Москва : Физматлит, 2010.
• Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т. 5. Ядерная физика. — Москва : Физматлит, 2014.
• Бор О., Моттельсон Б. Структура атомного ядра. — Москва : Мир, 1971—1977.
• Соловьёв В. Г. Теория атомного ядра : ядерные модели. — Москва : Энергоиздат, 1981.
• Айзенберг И. М., Грайнер В. Микроскопическая теория ядра. — Москва : Атомиздат, 1976.

Ссылки

• Ядерная физика

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Зеркальные ядра», расположенная по адресу: — «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Зеркальные_ядра» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».