4.7.1 Энергетические уровни ядра

Все то, что говорилось в разделе 4. об энергетических уровнях атомов справедливо и в отношении энергетических уровней ядра и нуклонов. На рисунке 12. приведена схема перехода ядра из возбужденного состояния в основное состояние.

Избыточная энергия при этом испускается ядром в виде гамма - квантов высоких энергий. Как и в случае переходов электронов, имеются определенные квантованные спектральные линии, зависящие от уровней, между которыми совершается переход.

При γ – излучении ядра, количество протонов и нейтронов в атоме не изменяется, поэтому такой вид ядерного излучения не приводит к изменению положения атома в таблице Менделеева.

4.7.2 Насыщение ядерных сил

Особенностью ядер является пропорциональность энергии связи числу нуклонов, так что удельная энергия связи (раздел 4.7.) слабо меняется при изменении А (для большинства ядер  6—8 Мэв). Это свойство, называемое насыщением ядерных сил, означает, что каждый нуклон эффективно связывается не со всеми нуклонами ядра (в этом случае энергия связи была бы пропорциональна A² при A»1), а лишь с некоторыми из них. Теоретически это возможно, если силы при измененном расстоянии изменяют знак (притяжение на одних расстояниях сменяется отталкиванием на других). Объяснить эффект насыщения ядерных сил, исходя из имеющихся данных о потенциале взаимодействия двух нуклонов, пока не удалось.

Независимость плотности р и удельной энергии связи ядер от числа нуклонов А создаёт предпосылки для введения понятия ядерной материи (безграничного ядра). Физическими объектами, отвечающими этому понятию, могут быть не только макроскопические космические тела, обладающие ядерной плотностью (например, нейтронные звёзды), но, в определённом аспекте, и обычные ядра с достаточно большими А.

4.7.3 Импульс движения

В физике импульс – это мера механического движения (то же, что количество движения). Импульсом обладают все формы материи, в т. ч. электромагнитные и гравитационные поля. При переходе от макрообъектов к микрообъектам следует ожидать качественно новых описаний динамических переменных описывающих состояние объекта. В классической физике используются законы сохранения энергии, импульса, момента импульса. Как известно, эти законы являются следствиями определенных свойств симметрии пространства и времени.

Так, закон сохранения энергии – следствие однородности времени (вытекающее из независимости протекания физических процессов от выбора того или иного момента в качестве начала отсчета времени); закон сохранения импульса – следствие однородности пространства (результат физической равноправности всех точек в пространстве); закон сохранения момента импульса – следствие изотропности пространства (результат физической равноправности всех направлений в пространстве).

Отсутствие каких-либо экспериментальных указаний на нарушения в микроявлениях отмеченных свыше свойств симметрии пространства и времени позволяет заключить, что такие динамические переменные, как энергия, импульс, момент импульса, должны сохранять смысл и в применении к микрообъектам. Иначе говоря, связь этих динамических переменных с фундаментальными свойствами симметрии пространства и времени превращает их в универсальные переменные, т.е. переменные, имеющие «хождение» при рассмотрении самых различных явлений из самых разных областей физики. Однако при переносе понятий энергии, импульса и момента импульса из классической физики в квантовую механику необходимо учитывать специфику микрообъектов

В отличие от энергии момент импульса микрообъекта квантуется всегда. Так, наблюдаемые значения квадрата момента импульса микрообъекта выражаются формулой

M² = h²l (l + 1),

где l – целые числа 0, 1, 2, ... Если речь о моменте импульса электрона в атоме в n-м стационарном состоянии, то число l принимает значения от нуля до n-1. В литературе принято называть момент импульса микрообъекта для краткости просто моментом.

Проекция момента микрообъекта на некоторое направление (обозначим его как z-направление) принимает значения

M_z = hm,

где m=-l, -l+1, ..., l-1, l. При данном значении числа l число m принимает 2l+1 дискретных значений. Различные проекции момента микрообъекта на одно и тоже направление всегда отличаются друг от друга на величины, кратные постоянной Планка.

Рассматриваемые здесь числа n, l, m, σ, фиксирующие различные дискретные значения квантующихся динамических переменных (в данном случае энергии и момента), принято называть квантовыми числами. Среди них: n – главное квантовое число, l – орбитальное квантовое число, m – магнитное квантовое число, σ – спиновое квантовое число. Существуют и другие квантовые числа.