核超导性和对关联

科学术语

原子核内核子不同于单粒子运动状态的另一种运动形态，它强调了核内核子的配对倾向，即对关联。原子核的对关联概念最早是从发现原子核的奇偶质量差中得到启示的。但是由对关联现象发展为原子核的超导模型则是20世纪50年代后期的事。一方面是由于除了原子核的质量奇偶差之外，还发现了其他奇偶差，其中最重要的是分析大量能谱资料之后发现了能谱结构的奇偶差。另一方面由于固体中的超导微观理论 (BCS)的突破，理论和库珀对概念的提出，使A.玻尔、B.R.莫特森及D.派尼斯于1958年指出了原子核内现象同金属中超导现象的相似性，提出了原子核的超导性。

解释说明

原子核内核子不同于单粒子运动状态的另一种运动形态，它强调了核内核子的配对倾向，即对关联。

原子核的对关联概念最早是从发现原子核的奇偶质量差中得到启示的。但是由对关联现象发展为原子核的超导模型则是20世纪50年代后期的事。一方面是由于除了原子核的质量奇偶差之外，还发现了其他奇偶差，其中最重要的是分析大量能谱资料之后发现了能谱结构的奇偶差。另一方面由于固体中的超导微观理论(BCS)的突破，理论和库珀对概念的提出，使A.玻尔、B.R.莫特森及D.派尼斯于1958年指出了原子核内现象同金属中超导现象的相似性，提出了原子核的超导性。

作为核结构理论，在核壳层模型（单粒子模型）和集体模型（见综合模型）取得极大成功之后，核超导性（对关联）概念的提出是一个重要的发展，使解释实验和预言现象的能力大大提高了一步。对关联的存在说明核子间的剩余相互作用（除了单粒子势之外的核子间相互作用）中，具有导致对关联的短程力。对关联本身属于集体运动形态。

对关联的表现　对关联机制在实验中有种种表现，例如某些两核子转移反应〔(t,p)、(p,t)等〕截面特别大。在不计及对关联的情况下，对于重变形核，按照独立粒子模型计算所得出的转动惯量接近于刚体值，比实验观测到的值大2～3倍。考虑对关联机制后，计算得到的转动惯量将大为减小，接近于观测值。

对关联在实验中最突出的表现是原子核一系列奇偶差的性质。奇偶差同泡利不相容原理导致的阻塞效应密切相关。除了质量（结合能）的奇偶差之外，还有其他的一些重要的奇偶差。

① 能谱形状的奇偶差。奇偶核及奇奇核的低内部激发谱密度比相邻偶偶核大，并且没有能隙。

② 转动惯量的奇偶差。偶偶核的转动惯量系统地小于奇偶核。

③ 核子转移反应截面的奇偶差。实验表明，相邻偶偶核基带之间的两核子转移反应有很大加强，而单核子转移反应则无此现象。重核的衰变(放出两对核子)也有类似的加强现象。

其他奇偶差异的现象还很多，例如同位素在自然界中的相对丰度，偶偶核一般明显大于奇偶核。又例如库仑位移的奇偶差在较轻核中表现很明显，大变形核的高自旋态中的回弯现象也有系统的奇偶差异。这些实验证据都说明原子核中核子对关联的重要性。

处理核超导的理论方法　通常是引用处理金属中超导性的方法,即BCS方法。这个方法的实质是通过一个正则变换把单粒子的运动形态改变为准粒子态，将核子之间的短程配对力的作用包括进来。由此得到的原子核基态是核子两两成对的状态。拆散一对核子的状态可以用激发一个准粒子来描述。由于原子核的粒子数不多，由这个方法中固有的粒子数不守恒的特点所造成的误差有时是不小的。改进的方法是从 BCS波函数中投影出固定粒子数的部分，或直接用新发展的粒子数守恒方法来处理。

对振动　同对关联的存在密切相关的一个新的运动模式，它主要根据双满壳核附近偶偶核的基态及低激发0和2态能级及二核转移反应的强度比而提出的,通常的原子核振动量子不携带核子数，而对振动则携带核子数为 2的量子数。这种模式的存在来源于核内存在某种导致对关联的相互作用。由实验数据可以看出对振动的非简谐性是较大的。例如在满壳附近，二粒子转移反应截面随满壳外核子数增加而增加，但与平常简谐振动中跃迁几率同声子数成正比的规律有较大偏离。虽然目前处理对振动的方法尚有不完善之处，但这种运动模式的存在则是无凝的。

参考书目

A.Bohr,Vol.110.p.936,1958.

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