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2017年12月14日 星期四

丁酉(鸡)年十月廿七

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  又叫介子核物理,在中高能核物理中,利用介子作探针来研究原子核的领域。根据所用介子的种类,包括π介子-核相互作用,K介子-核相互作用。习惯上把μ-子与原子核作用形成的μ-子原子的研究也归入这一领域。
  利用介子来研究原子核,主要是因为它们具有一些独特的性质。例如,π介子的同位旋T=1,它有三种电荷状态,可以通过电荷交换反应使原子核改变一个甚至两个单位的电荷,形成某些特殊的原子核状态。又如,π介子是玻色子,自旋为0,它可以在核内产生或被吸收。π被吸收后,至少有139.6MeV的能量交给了原子核,这是变革原子核的独特手段。另一方面,π吸收过程又与核力相联系。按照目前的认识,核力是由核子之间交换玻色子而产生的。所以,原子核将会对π介子有较高的响应。再加,π-N(π介子-核子)系统自旋和同位旋都是3/2的Δ33共振态粒子,即Δ(1232)的存在以及它的明显的同位旋依赖性质,提供了研究核内核子激发态的直接方法,也为研究核内物质分布提供了新的手段。
  K介子是另一类用于研究原子核的介子,它的同位旋为1/2,但它是奇异粒子,具有奇异数S,K+S=1,K-S=-1。它们可以通过(K-π-)或(π+,K+)等这类奇异交换反应把核内的中子变成带奇异数的重子(如Λ或Σ超子),形成超核。(K-,π-)反应已成为目前产生超核的主要手段。在低能区,K+-N系统没有共振,其总截面仅约10mb,这相当于K+在核物质中的平均自由程λ介子-原子核相互作用≈5~7fm,正因为这种相对弱的相互作用,K+介子又被叫做强作用物理的“电子”。期望K+介子成为探测原子核的内部区域中子分布的有用工具。
  μ-子是只有电磁作用的“重电子”,它的质量是电子的 207倍。它在原子核外的轨道半径是电子在核外轨道半径的1/207,从它上面去“看”原子核,将会清楚得多(见μ-子原子)。
  20世纪60年代初,人们定性地认识到介子的这些特性有可能用于原子核研究,并开始了先驱性的实验,发现了一系列新现象。以后相继建立了一些专门产生 π介子和μ-子的强流质子加速器,称为介子工厂。介子工厂的建立并投入运转,标志着πμ 物理的“工业革命”。
  介子与原子核的相互作用按其反应类型可分成如下几种。
  弹性和非弹性散射 入射的介子与核碰撞后,原子核仍处于基态或低激发态,前者称为弹性散射,后者称为非弹性散射。低能π介子以及 K+在核中的平均自由程较大,人们期望通过介子-核散射的分析得到核内物质分布的信息。当入射π介子的能量在 195MeV附近,由于π-N系统的Δ33共振以及它的同位旋依赖性,可望通过弹性及非弹性散射过程得以了解核内中子分布,原子核的激发方式以及Δ粒子在核中的形成和传播等重要知识。
  电荷交换反应及奇异交换反应 因为有三种电荷的π介子,就有可能用π介子将核中的一个或两个中子(或质子)变成质子(或中子),这就是π介子的电荷交换反应。当π介子仅使核中的核子改变了电荷状态,而空间及自旋状态保持不变,这就形成了同位旋相似态。实验中用这种方法已在许多核上发现了同位旋相似态跃迁。用这种反应也发现了一些巨共振(见巨多极共振)。由于 K介子是奇异粒子,它可以通过奇异交换反应将奇异数交换给核子,从而产生包含奇异粒子的新的核物质形态。例如,(K-,π-)反应是目前产生Λ及∑超核的主要途径。(π+,K+)是另一类产生超核的反应,它是将核中的中子变成S=-1的Λ粒子,而π+变成S=1的K+介子飞出核外。这些都是介子核物理中特有的反应方式。
  介子-核吸收 吸收是指介子把它的总能量(包括其静止质量)一并交给了原子核,π介子可以被两个以上的核子吸收。人们期望介子的核吸收能给出核内核子关联的知识。然而,目前仍然没有透彻地认识π介子吸收的机制,还不能用它来研究核结构。由于π核吸收的截面很大,甚至可以大到π核非弹性碰撞截面的一半,所以,π核吸收的深入研究是定量地认识到有 π介子-核反应过程的一个关键。
  虽然K介子也可以被核吸收,但由于它是带奇异数的粒子,被核吸收以后,一定要将它的奇异数交给核中的核子,把核子变成带奇异数的重子,如Λ、∑ 等。例如,K-pn→p∑-以及Kpp→n∑+(或pΛ)等过程。

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更新时间 : 2009-02-02

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