КОЛЛЕКТИ́ВНЫЕ ВОЗБУЖДЕ́НИЯ ЯДРА́

КОЛЛЕКТИ́ВНЫЕ ВОЗБУЖДЕ́НИЯ ЯД­РА́, мно­го­час­тич­ные воз­бу­ж­де­ния атом­но­го яд­ра, в ко­то­рых ну­кло­ны со­вер­ша­ют кор­ре­ли­ро­ван­ное дви­же­ние. Яд­ро мож­но рас­смат­ри­вать как сис­те­му поч­ти не­за­ви­си­мых ква­зи­ча­стиц – ну­кло­нов, дви­жу­щих­ся в сред­нем (са­мо­со­гла­со­ван­ном) ядер­ном по­ле. Разл. ти­пы К. в. я. фор­ми­ру­ют­ся под дей­ст­ви­ем сла­бо­го взаи­мо­дей­ст­вия ме­ж­ду ну­кло­на­ми (т. н. ос­та­точ­ное взаи­мо­дей­ст­вие), ко­то­рое при­во­дит к кор­ре­ля­ции их дви­же­ния. Слож­ная струк­ту­ра ядер­ных сил (об­мен­ное и спин-спи­но­вое взаи­мо­дей­ст­вия и др.) при­во­дит к мно­го­об­ра­зию кол­лек­тив­ных мод.

Кор­ре­ли­ро­ван­ное дви­же­ние ну­кло­нов вос­про­из­во­дит дви­же­ние яд­ра как це­ло­го, по­это­му мн. ти­пы К. в. я. со­от­вет­ству­ют клас­сич. мак­ро­ско­пич. дви­же­нию те­ла ко­неч­ных раз­ме­ров, со­стоя­ще­го из про­то­нов и ней­тро­нов. Про­стей­шим яв­ля­ет­ся по­сту­па­тель­ное дви­же­ние яд­ра, бо­лее слож­ным – вра­ща­тель­ное дви­же­ние, с ко­то­рым свя­за­ны вра­ща­тель­ные спек­тры де­фор­ми­ро­ван­ных ядер, от­кры­тые в 1955.

Вра­ща­тель­ные воз­бу­ж­де­ния яд­ра име­ют ха­рак­тер­ную по­сле­до­ва­тель­ность уров­ней энер­гии, уве­ли­чи­ваю­щей­ся с рос­том спи­на уров­ня $I$ при­близи­тель­но про­пор­цио­наль­но ве­ли­чи­не $I (I+1)$. Со­во­куп­ность этих уров­ней об­ра­зу­ет вра­ща­тель­ную по­ло­су. Для ядер с мас­со­вым чис­лом $A \gt 100 $ ин­тенсив­но­сти ра­диа­ци­он­ных $\gamma$-пе­ре­хо­дов ме­ж­ду со­сед­ни­ми вра­ща­тель­ны­ми уров­ня­ми по­ло­сы боль­ше ин­тен­сив­но­сти од­но­час­тич­ных пе­ре­хо­дов то­го же ти­па при­бли­зи­тель­но в 100 раз. Чис­ло вра­ща­тель­ных уров­ней в по­ло­се, оп­ре­де­ляе­мое макс. на­блю­дае­мым спи­ном, мо­жет быть до­воль­но боль­шим (см. Вы­со­ко­спи­но­вые со­стоя­ния яд­ра). Ве­ли­чи­на энер­гии уров­ня в по­ло­се и ве­ро­ят­но­сти $\gamma$-пе­ре­хо­дов оп­ре­де­ля­ют­ся кол­лек­тив­ны­ми па­ра­мет­ра­ми: мо­мен­том инер­ции, кол­лек­тив­ным ги­ро­маг­нит­ным от­но­ше­ни­ем и внутр. квад­ру­поль­ным мо­мен­том яд­ра $Q_0 $. Эти па­ра­мет­ры за­ви­сят от внутр. струк­ту­ры яд­ра и, ос­та­ва­ясь при­мер­но по­сто­ян­ны­ми внут­ри по­ло­сы, плав­но из­ме­ня­ют­ся от яд­ра к яд­ру, а в дан­ном яд­ре – от по­ло­сы осн. со­стоя­ния к по­ло­сам воз­бу­ж­дён­ных со­стоя­ний (од­но­час­тич­ных или ко­ле­ба­тель­ных). Силь­ное влия­ние на мо­мент инер­ции яд­ра ока­зы­ва­ют т. н. пар­ные кор­ре­ля­ции сверх­про­во­дя­ще­го ти­па. Для воз­бу­ж­де­ния вра­ща­тель­ных со­стоя­ний ис­поль­зу­ют­ся пре­им. два ме­то­да: мно­го­крат­ное ку­ло­нов­ское воз­бу­ж­де­ние и ре­ак­ции с тя­жё­лы­ми ио­на­ми. В пер­вом ме­то­де вра­ща­тель­ные уров­ни воз­бу­ж­да­ют­ся пе­ре­мен­ным элек­трич. по­лем на­ле­таю­ще­го ио­на. В ядер­ных ре­ак­ци­ях за­се­ле­ние уров­ней вра­ща­тель­ной по­ло­сы про­ис­хо­дит с верх­них уров­ней (при рас­па­де со­став­но­го яд­ра, об­ра­зую­ще­го­ся в ре­ак­ции).

Ко­ле­ба­тель­ные воз­бу­ж­де­ния яд­ра пред­став­ля­ют со­бой скор­ре­ли­ро­ван­ное (ко­ге­рент­ное) дви­же­ние ну­кло­нов, при­во­дя­щее к пе­рио­дич. из­ме­не­нию плот­но­сти, фор­мы или др. ха­рак­те­ри­стик осн. со­стоя­ния яд­ра. При энер­гии воз­бу­ж­де­ния ни­же по­ро­га от­де­ле­ния ну­кло­на та­кие К. в. я. на­блю­да­ют­ся как се­рии при­бли­зи­тель­но эк­ви­ди­стант­ных дис­крет­ных уров­ней. При бо­лее вы­со­ких энер­ги­ях они про­яв­ля­ют­ся в ви­де ши­ро­ких ре­зо­нан­сов в се­че­ни­ях ядер­ных ре­ак­ций (см. Ги­гант­ские ре­зо­нан­сы). Низ­ко­час­тот­ные ко­ле­ба­тель­ные воз­бу­ж­де­ния ха­рак­те­ри­зу­ют­ся боль­шей ве­ро­ят­но­стью (но мень­шей, чем при вра­ща­тель­ных воз­бу­ж­де­ни­ях) $\gamma$-пе­ре­хо­дов в низ­ко­ле­жа­щие со­стоя­ния яд­ра. Наи­бо­лее рас­про­стра­нён­ны­ми яв­ля­ют­ся ко­ле­ба­ния фор­мы яд­ра, ко­то­рые ха­рак­те­ри­зу­ют­ся муль­ти­поль­но­стью. Так, пер­вый воз­бу­ж­дён­ный уро­вень всех чёт­но-чёт­ных сфе­рич. ядер со­от­вет­ст­ву­ет квад­ру­поль­ным ко­ле­ба­ни­ям и име­ет спин и чёт­ность 2⁺. В де­фор­ми­ро­ван­ных яд­рах, имею­щих ак­си­аль­ную сим­мет­рию, про­доль­ные и по­переч­ные от­но­си­тель­но оси сим­мет­рии квад­ру­поль­ные мо­ды име­ют раз­ные час­то­ты. Ок­ту­поль­ные ко­ле­ба­ния с пер­вым воз­бу­ж­дён­ным со­стоя­ни­ем 3^– ха­рак­тер­ны для ядер тя­же­лее ²⁰⁸Pb. Мень­ше дан­ных о низ­ко­энер­ге­тич. ко­ле­ба­тель­ных воз­бу­ж­де­ни­ях бо­лее вы­со­кой муль­ти­поль­но­сти.

При ко­ле­ба­тель­ном дви­же­нии ос­цил­ли­ру­ет ло­каль­ная плот­ность ней­тро­нов и про­то­нов. Ес­ли ос­цил­ля­ции син­фаз­ны, то ко­ле­ба­ния на­зы­ва­ют­ся изо­ска­ляр­ны­ми; та­кие ко­ле­ба­ния не из­ме­ня­ют изо­то­пич. спин яд­ра. Про­ти­во­фаз­ные ко­ле­ба­ния, из­ме­няю­щие изо­то­пич. спин на еди­ни­цу, на­зы­ва­ют­ся изо­век­тор­ны­ми. Их час­то­ты ле­жат вы­ше изо­ска­ляр­ных.

У ядер, пе­ре­ход­ных от сфе­ри­че­ских к де­фор­ми­ро­ван­ным, кол­лек­тив­ные воз­бу­ж­де­ния име­ют сме­шан­ную струк­ту­ру ко­ле­ба­тель­но-вра­ща­тель­но­го ти­па. Осо­бой мо­дой кол­лек­тив­но­го дви­же­ния ну­кло­нов яв­ля­ет­ся де­ле­ние атом­но­го яд­ра. Это пер­вая кол­лек­тив­ная мо­да, об­на­ру­жен­ная в яд­ре. Ис­сле­до­ва­ние К. в. я. по­зво­ля­ет по­лу­чить ин­фор­ма­цию о свой­ст­вах яд­ра и о его внутр. струк­ту­ре.