Теоретическое исследование эффектов несохранения пространственной четности в атомно-ядерных процессах и связанных с ними явлений тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

Введение

1 Релятивистский эффект при низкоэнергетическом упругом рассеянии электрона на атомах

1.1 Введение.

1.2 Решение радиального уравнения Дирака методом фазовых функций.

1.3 Модельный потенциал для рассеяния электрона на атоме

1.4 Релятивистский эффект при низкоэнергетическом упругом рассеянии электрона на атомах инертных газов.

1.4.1 Введение.

1.4.2 Численные расчеты

1.5 О надежности теоретического прогноза в модельном описании упругого рассеяния низко энергетических электронов на атоме урана.

1.5.1 Введение.

1.5.2 Численные расчеты

2.2 Постановка задачи. .41

2.3 Получение дифференциального сечения ДФАП.43

2.4 Корреляционное отношение и обсуждение постановки эксперимента .53

2.5 "Плоский"дифференциальный опыт.54

2.6 Частично интегральный опыт.60

2.7 Заключение .63

3 Эффект несохранения пространственной четности в конверсионном переходе в дублете (|±) состояний ядра 229Ра 64

3.1 Введение. 64

3.2 Ядерные матричные элементы. 66

3.2.1 Введение. 66

3.2.2 Модельные волновые функции дублета состояний 5/2± ядра 229Ра. 66

3.2.3 Матричный элемент одночастичного Е1-перехода между состояниями [523]|, —, | и [642]+, § деформированного ядра 229 Ра. 74

3.2.4 Оценка времени жизни верхнего состояния (| —) дублета в ядре 229Ра. 76

3.2.5 Эффект Кориолисова смешивания протонных орбит в сильно деформированном ядре 229 Ра^. 78

3.2.6 Матричный элемент одночастичного усредненного по ядру потенциала сил, не сохраняющих пространственную четность, У^с(г,р, а) для деформированного ядра

229 Ра. 83

3.2.7 Матричный элемент одночастичного М1-перехода между состояниями [523] |, —, | и [642] |, +, | деформированного ядра 229 Ра. 88

3.2.8 Заключение. 91

3.3 Спектр электронов конверсии в смешанном по четности (Е1+ М1)-переходе между компонентами |± дублета состояний ядра 229 Ра . .93

3.3.1 Основные определения.93

3.3.2 Об электронных матричных элементах.97

3.3.3 Численные расчеты .99

3.3.4 Заключение.103

3.4 Спиральность электронов конверсии в смешанном по четности (Е1 + М1)-переходе между компонентами §± дублета состояний ядра 229 Ра .112

3.4.1 Постановка задачи. Определения наблюдаемых величин112

3.4.2 Получение формулы спиральности для электронов . . 113

3.4.3 Численные расчеты .120

3.4.4 Заключение.120

3.5 Циркулярная поляризация первичных фотонов излучения, сопровождающего конверсию.124

3.5.1 Поляризация электронной оболочки атома в смешанном по четности (Е1 + М1)-переходе в дублете 5/2± состояния изотопа 229Ра$\.124

3.5.2 Циркулярная поляризация фотона, излучаемого из предварительно поляризованной оболочки иона 229Раы . . 133

3.5.3 Заключение.141

Заключение 143

Приложения 145

А Операторы электрического и магнитного перехода в сильно деформированном ядре.145

В Представление спиральности для фотона.147

Введение

Целью работы является теоретическое исследование эффектов несохранения пространственной четности в атомно-ядерных процессах и релятивистских эффектов при низкоэнергетическом упругом рассеянии электрона на атомах. Константа слабого взаимодействия мала по сравнению с константами электромагнитного и сильного взаимодействия. Но слабое взаимодействие не сохраняет пространственную четность. Это дает возможность выделить эффекты слабого взаимодействия в атомных и ядерных явлениях. Кроме того, эффекты несохранения пространственной четности могут быть усилены, если основной переход подавлен по сравнению с примесным.

В данной работе основное внимание уделено смешиванию по четности низколежащих состояний ядра 229Ра, переход между которыми сопровождается выбросом конверсионного электрона из оболочки атома. В связи с этим определенный интерес представляет эффект смешивания по четности электронных состояний в атоме, также рассмотренный в диссертации. Понятно, что надежность результатов определяется точностью воспроизведения электронных волновых функций как дискретного, так и непрерывного спектров. В качестве пробы в диссертации исследована надежность описания сечений упругого рассеяния электронов на атомах инертных газов, в том числе эффекта Рамзауэра.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав и заключения. Основная часть диссертации содержит 153 страницы текста, в том числе 43 таблицы и 28 рисунков. Список использованной литературы содержит 56 наименований.

Заключение

В заключение сформулируем основные результаты, полученные в данной работе

• Показана необходимость учета релятивистской динамики при описании упругого рассеяния медленных электронов на атомах неона, аргона, криптона, ксенона и урана. Установлено, что сильная зависимость сечения упругого рассеяния электрона на уране от формы эффективного потенциала при малых кинетических энергиях (Еь < 5 эВ) затрудняет прогнозирование эффекта Рамзауэра.

• Выполнена оценка зависимости сечения двухфотонной аннигиляции позитрона на атомном электроне от спиральности позитрона, обусловленная нарушением пространственной четности в атоме лития.

• Проведен детальный теоретический расчет эффекта слабого взаимодействия нуклонов для дублета уровней 5/2± основного состояния ядра 229Ра91.

- Проведен расчет системы ядерных матричных элементов Р-нечетных сил, определяющих смешивание (|±) - состояний в 229 Ра) а также матричных элементов Е 1-й М1-переходов между этими состояниями.

Проведена оценка влияния эффекта кориолисового смешивания протонных орбиталей при вычислении £1-дипольного электрического перехода.

Получена оценка времени жизни верхнего состояния дублета.

Проведен прогнозный расчет квадратичного по константе слабого взаимодействия Gf эффекта примеси магнитного М1-мультиполя к основному электрическому Ш-мультиполю в интенсивности конверсии ядерного (£?14-М1)-перехода на электронных орбитах атома 229 Ра.

Проведен расчет спиральности электрона конверсии (эффекта, линейного по константе слабого взаимодействия Gp) на 6si/2-, 6pi/2~, 6рз/2-подоболочках атома шРа.

Проведен расчет циркулярной поляризации первичных фотонов излучения, сопровождающего конверсию (эффекта, линейного по константе слабого взаимодействия Gp) на 6si/2-, €>Pi/2-> 6р3/2-под-оболочках атома 229Ра.

Автор выражает свою искреннею признательность своим научным руководителям Д.П. Гречухину и A.J1. Барабанову. Я благодарен Б.В. Данилину, C.B. Романову за обсуждения и ценные замечания.

1. Ф. Калоджеро, Метод фазовых функций в теории потенциального рассеяния, Мир, Москва (1972).

2. В.В. Вабиков, Метод фазовых функций в квантовой механике, Наука, Москва (1988).

3. В.Г. Кадышевский, А.Н. Тавхелидзе, Проблемы теоретической физики. Сб. посвященный H.H. Боголюбову в связи с его шестидесятилетием, Наука, Москва (1969).

4. А.И. Ахиезер, В.Б. Берестецкий, Квантовая электродинамика, ГИФМЛ, Москва (1959).

5. Г. Корн, Т. Корн, Справочник по математике для научных работников и инженеров, Наука, Москва (1973).

6. Дж. Слэтер, Методы самосогласованного поля для молекул и твердых тел, Мир, Москва (1978).

7. U. von Barth, L. Hedin, J. Phys. С 4, 2064 (1971).

8. J.P. Perdew, A. Zunger, Phys. Rev. В 23, 5048 (1981).

9. S.H. Volsko, L. Wilk, M. Nusair, Can. J. Phys. 58, 1200 (1980).

10. J.K. O'Connel, N.F.Lane, Phys. Rev. A 27, 1893 (1983).

11. Д. Хартри, Расчеты атомных структур, ИЛ, Москва (1960).

12. J. Нага, Phys. Soc. Jpn. 22, 710 (1967).

13. M.E. Riley, D.G. Truhlar, J. Chem. Phys. 63, 2182 (1975).

14. J. Holtsmark, Z. Physik 55, 437 (1929).

15. H.P. Saha, Phys. Rev. A 43, 4712 (1991).

16. Dasgupta Atari, A.K. Bhatia, Phys. Rev. A 32, 3335 (1985).

17. R.P. McEeachran, A.D. Stauffer, J. Phys. В 16, 4023 (1983).

18. W.C. Pon, K.A. Berrington, P.G. Burke et al., J. Phys. В 16, 307 (1983).

19. J.F. Williams, J. Phys. В 12, 265 (1979).

20. S.K. Srivastava, H. Tanaka, A. Chutjan et al., Phys. Rev. A 23, 2156 (1981).

21. J.C. Nickel, K. Imre, D.F. Register et al., J Phys В 18, 967

22. D. Andrickin, H.P. Saha, Phys.Rev. A 43, 4712 (1991).

23. S.J. Buckman, B. Lohmann, J. Phys. В 19, 2547 (1986).

24. Д.П. Гречухин, A.B. Ломоносов, Препринт ИАЭ-5789/12 (1994).

25. Л.П. Кудрин, A.A. Дроздов, Атомная энергия 27, 39 (1969).

26. П. Гомбаш, Проблема многих частиц в квантовой механике, ИЛ, Москва (1952).

27. Д.П. Гречухин, A.B. Ломоносов, Препринт ИАЭ-5992/12 (1996).

28. И.Б. Хриплович, Несохранение четности в атомных явлениях, Наука, Москва (1988).

29. E.N. Forston, L.L. Lewis, Phys. Rep. 5, 298 (1984).

30. M.A. Bouchait, C.C.Bouchait, Phys. Lett. В 48, 111 (1974).

31. Д.П. Гречухин, А.Л. Солдатов, ЖЭТФ 73, 31 (1977).

32. В. Гайтлер, Кватовая теория излучения, ИЛ, Москва (1956).

33. Д.П. Гречухин, А.В. Ломоносов, Препринт ИАЭ 5248/2 (1990).

34. А.П. Стриганов, Н.С. Свентицкий, Таблицы спектральных линий нейтральных и ионизованных атомов, Атомиздат, Москва (1966).

35. О.Ф. Немец, Ю.Н. Гофман, Справочник по ядерной физике, Наук, думка, Киев (1975).

36. R.R. Chasman, Phys. Lett. В 96, 7 (1980).

37. I. Ahmad, J.E. Gindler, R.R. Betts, R.R. Chasman, A.M. Friedman, Phys. Rev. Lett. 49, 1758 (1982).

38. I. Ahmad, R.R. Chasman, J.E. Gindler, A.M. Friedman, Phys. Rev. Lett. 52, 503 (1984).

39. A.I Levon, J.de Boer, G. Grow, at al, Nucl. Phys-. A 576, 267 (1994).

40. R.K. Sheline, Phys. Rev. С 48, 1003 (1993).

41. I.Ahmad, Octupole Shapes in Heavy Nuclei, in Proc. IV Int.Conf. on Selected Topics in Nuclear Structure, Dubna,(1994) JINR E4-94-370, 193 (1994).

42. Ф.А. Гареев, С.П. Иванова, Н.Ю Ширкова, Препринт ОИЯИ Р4-5457 (1970).

43. С. Нильссон, Связанные состояния индивидуальных нуклонов в сильно деформированных ядрах, в сб. Деформация атомных ядер, ИЛ, Москва (1958).

44. О. Бор, Б. Моттельсон, Структура атомного ядра, т.1 т.2, Мир, Москва (1971).

45. И. Айзенберг, В. Грайнер, Модели ядер. Коллективные и одночастич-ные явления, Атомиздат, Москва (1975).

46. Р. Блин-Стойл, Фундаментальные взаимодействия и атомное ядро, Мир, Москва (1976).

47. J.J. Szhymansky, J.D. Bowman, М. Leuuscher, В. A. Brown, I. С. Girit, Phys. Rev. С 49, 3297 (1994).

48. Ф.А. Гареев, С.П. Иванова, Б.Н. Калинкин, Препринт ОИЯИ Р4-3451 (1967).

49. В.Б. Берестецкий, А.З. Долгинов, К.А. Тер-Мартиросян, ЖЭТФ 20, 527 (1950).

50. Д.П. Гречухин, А.А. Солдатов, Препринт ИАЭ-3174 (1979).

51. И.М. Банд, М.А. Листенгартен, М.Б. Тржасковская, Изв. АН, Сер. физ. 56 N 1, 110 (1992).

52. О. Dragoun, М. Ramsey, С. Gunter, Phys. Rev. С 47, 870 (1993).

53. Д.П. Гречухин, А.А. Солдатов, ЯФ 38, 1297 (1983).

54. Д.П. Гречухин, А.А. Солдатов, ЯФ 43, 1112 (1986).

55. Д.П. Гречухин, А.А. Солдатов, ЖЭТФ 91, 1969 (1986).

56. А.С. Давыдов, Квантовая механика, Наука, Москва (1973).