36. Определить возможные значения спина ядра, состоящего из двух протонов
и двух нейтронов в состояниях с орбитальными моментами l, равными нулю. Считать
все нуклоны находящимися в одном (низшем из возможных) энергетическом состоянии.
Поскольку полный момент каждого нуклона в данном случае равен 1/2, возможные
значения суммы четырех векторов
=
,
,
. Однако в
этом случае реализуется только первое из этих значений, т. е. 0. Здесь
проявляется действие принципа Паули. Согласно принципу Паули, тождественные
фермионы любой системы должны находиться в разных квантовых состояниях. Иными
словами, тождественные фермионы, входящие в состав системы, не могут иметь
совпадающие наборы квантовых чисел. В данном случае два нейтрона с одинаковой
энергией и одинаковыми (нулевыми) значениями орбитального момента должны иметь
разные значения проекции спина на выделенную ось, т. е. +1/2 и -1/2. Сумма
спинов нейтронов в этом случае равна 0. Эта же ситуация реализуется для двух
протонов. Поэтому суммарный момент такой четверки нуклонов – т. е. ядра 4He в
основном состоянии – равен 0.
Обратимся теперь к чётности ядерных состояний. Если
гамильтониан системы коммутирует с оператором пространственного отражения,
четность системы является «хорошим квантовым числом», т. е. сохраняется. Для
сильных и электромагнитных взаимодействий это выполняется, поэтому (с точностью
до малых добавок, связанных со слабыми взаимодействиями) ядерные состояния имеют
определенную четность, которую указывают одновременно со спином в форме JP.
Четность системы частиц является произведением собственных четностей p этих
частиц и четностей Pl = (-1)l, соответствующих их орбитальному движению. Собственная
четность нуклонов +1. Поэтому, для системы А нуклонов:
У ядер с четным количеством протонов и нейтронов − четно-четных ядер четность
основного состояния всегда положительная, а спин равен 0 (JP = 0+).