Спин и четность атомного ядра

5. Спин атомного ядра

Спин атомного ядра J наряду с его массой M является механической характеристикой системы нуклонов. Спин ядра J складывается из спиновых s_l- s_A и орбитальных l_l- l_A моментов отдельных нуклонов:

= ₁ + ₂ +...+ _А + ₁ + ₂ +...+ _А = ₁ + ₂ +...+ _А.

Атомное ядро в каждом состоянии характеризуется полным моментом количества движения J, который в системе покоя ядра называется спином ядра.
Для спинов атомных ядер экспериментально установлены следующие закономерности:

если A – чётное, то J = n (n = 0, 1, 2, 3,...), т.е. спин ядра имеет целочисленное значение;
если A – нечётное, то J = n + 1/2, т.е. спин ядра имеет полуцелое значение;
чётно-чётные ядра в основном состоянии имеют значение спина J = 0, что указывает на взаимную компенсацию моментов нуклонов в основном состоянии ядра – особое свойство межнуклонного взаимодействия.

Для определения спина ядра используются следующие основные методы, более подробно описанные в [10]:

сверхтонкая структура оптических спектров;
правило интервалов;
ядерный магнитный резонанс;
угловые корреляции продуктов распада.

Спин атомного ядра может быть определён из экспериментов по измерению угловой корреляции между частицами и γ-квантами, образующимися при распаде ядерных состояний. Это возможно, т.к. функция, описывающая угловые корреляции, может быть рассчитана теоретически и зависит от спина ядра J.

6. Четность атомного ядра

Четность атомного ядра P как системы нуклонов определяется произведением четностей отдельных нуклонов P_i:

P = P₁·P₂·...·P_A.

Четность P_iнуклона в сферически симметричном поле определяется орбитальным моментом l_i нуклона и его внутренней четностью π_i:

где π_i - внутренняя четность нуклона, по определению всегда равная значению +1.

Поэтому четность ядра в сферически симметричном состоянии определяется произведением орбитальных четностей нуклонов в этом состоянии

Рис. 10. Спектр ядра ¹⁷О

На схемах ядерных уровней обычно указывают энергию, спин и чётность состояния. Спин ядра указывается числом, а чётность - знаком плюс для чётных или знаком минус для нечётных состояний. Этот знак ставится справа сверху от числа, указывающего спин. Например, символ 1/2⁺ обозначает состояние ядра со спином J = 1/2 и положительной четностью, а символ 3^- обозначает состояние ядра со спином J = 3 и отрицательной четностью.
На рис. 10, в качестве примера, приведены значения энергий, спинов и четностей основного и нескольких возбужденных состояний изотопа ¹⁷O.