巨多极共振

核技术术语

巨多极共振是原子核中一种高度集体性的激发模式，简称巨共振。是指在原子核中有相当可观的一部分核子参与整体运动所形成的振动型激发模式。

概念

这些激发模式普遍存在于原子核中。对于一定的原子核来说,巨共振都有各自确定的激发能量E（约10～30MeV）、较宽的宽度Г（约2～10MeV），并且在相应的能量求和规则中占着很大的百分比(百分比的大小,是说明激发模式集体性的一种量度，巨共振往往占 50%以上)。另外，巨共振的激发能量随原子核质量的改变而平滑地变化，并无显著的壳层起伏的现象，但其宽度仍表现出一定的壳层效应。

类型和极性

按原子核集体模型（见综合模型）的观点，把原子核看成是由具有不同自旋取向的质子和中子所组成的液滴，就可以根据液滴中各种不同成分的不动振动方式对巨共振的各种模式予以分类（见图）。带有任意自旋取向的质子体系和中子体系，同相作整体运动就形成了电的同位旋标量的巨共振；反相作整体运动就形成了电的同位旋矢量的巨共振。自旋向上的质子、中子所组成的体系和自旋向下的质子、中子所组成的体系反相作整体运动就形成了磁的同位旋标量的巨共振；而自旋向上的质子、自旋向下的中子所组成的体系和自旋向下的质子、自旋向上的中子所组成的体系反相作整体运动就形成了磁的同位旋矢量的巨共振。巨共振的极性是由这些成分所作的不同的整体运动所决定的。例如，原子核不改变形状地作整体的压缩和扩张的振动[称为“呼吸”振动(图a)，它带来了有关核物质压缩性的信息]就是单极巨共振；四极巨共振是原子核的某一成分在长椭球和扁椭球之间交替振动(图c)等等。巨多极共振

在微观上，各种类型的巨共振可以在核壳层模型的基础上得到理解。巨共振可以认为是跨越一个或多个主壳层的多种单粒子激发（具有一定的角动量、宇称和同位旋）的相干叠加。例如，偶极巨共振是跨越一个主壳层（即相邻主壳层）的单粒子激发的相干叠加，单极和四极巨共振是跨越两个主壳层的单粒子激发的相干叠加，八极巨共振则是跨越一个或三个主壳层的单粒子激发的相干叠加（因而有低能和高能之分），等等。在考虑巨共振的激发能量时，还必须考虑到核子之间的剩余相互作用。一般来说，这种相互作用使电的同位旋标量的巨共振激发能量降低；反之，使电的同位旋矢量的巨共振的激发能量升高。

实验观察

对积累的大量的电多极巨共振的实验数据进行整理之后,得出如表所示的近似规律（A为原子核的质量数）。

早在20世纪40年代，就在光核反应中观察到了电的偶极巨共振（同位旋矢量）(GDR)。实验上表现为光的吸收截面在能量10～25MeV范围内出现较宽的(3～7MeV)共振峰。到现在为止，元素周期表中几乎所有寿命不太短的原子核的GDR都被观察到了,对这种巨共振的宏观和微观理论的研究延续至今。其他类型的巨共振主要是在电子、质子、氘核、3He核、β 粒子、π介子以及其他重离子的非弹性散射、电荷交换反应中被观察到的。由于各种类型巨共振有较大的宽度，在同一反应中往往是重叠的，再加上有一个很大的连续谱背景存在，使得在实验上观察和分离出各种类型的巨共振相当困难。为此，需要选择适当的入射粒子和适当的核反应，使得在这种反应中只有少数几种巨共振被激发。70年代初首次在实验上找到了理论预言的电的同位旋标量四极巨共振 (GQR)，极大地推动了实验和理论方面对巨共振的研究。直到70年代中后期，才陆续在实验上找到和分离出电的同位旋标量单极巨共振(GMR)、同位旋矢量四极巨共振、同位旋标量八极巨共振(GOR)。在 70年代中期在质子入射中子出射的电荷交换反应中,发现了伽莫夫－特勒(Gamow-Teller)巨共振（由于所涉及的核矩阵元同β-衰变中的伽莫夫－特勒跃迁相似而得名）。它对研究有效核力中同自旋、同位旋有关的部分具有重要意义。

对于电的更高的多极巨共振、磁的多极巨共振都还研究的不够充分。另外，巨共振的宽度和衰变、巨共振对原子核各种性质和各种过程的关系等等尚有待进一步的研究。

总之，从70年代以来，巨共振的研究不论在实验上或在理论上都是一个相当活跃和重要的研究领域。

参考书目

D. H. Wilkinson,Ann. Rev. Nucl. Sci.,Vol.9,p.1,1959.

F.E.Bertrand,Ann. Rev. Nucl.Sci.,Vol.26,p.457,1976.

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