В недавнем вопросе Бен Кроуэлл высказал наблюдение, которое меня очень озадачило. Я получил частичный ответ, просмотрев литературу, но я хотел бы знать, находится ли он на правильном пути, и получить более полное объяснение.
В атомной и молекулярной физике хорошо известен тот факт, что собственные электронные состояния инверсно-симметричных молекул никогда не имеют электронных дипольных моментов. Это связано с тем, что электромагнитный гамильтониан, управляющий молекулярной физикой, инвариантен по четности: при отражении собственные состояния должны отображаться сами в себя, но ненулевые векторные величины, такие как дипольные моменты, должны менять знаки.
Однако ранее в этом году было довольно большой новостью (см., например, пресс-релиз Йоркского университета или статью в Nature News от 8 мая 2013 г. ), что атомные ядра могут иметь «грушевидную форму». Это было предсказано в пятидесятые годы, например,
Устойчивость грушевидных ядерных деформаций. К. Ли и Д. Р. Инглис. физ. 108 нет . 3, стр. 774-778 (1957)
и было экспериментально подтверждено в этом году в
Исследования грушевидных ядер с помощью ускоренных радиоактивных пучков. LP Gaffney, PA Butler et al. Природа 497 , 199–204 (9 мая 2013 г.) . Электронная печать на странице LP Gaffney LU .
Ядро грушевидной формы имеет ненулевой электрический октуполярный момент. Форма груши возникает из-за дополнительных вкладов квадрупольных и октупольных возмущений в сферическую форму, что приводит к чему-то вроде этого:
Однако это создает огромную проблему, поскольку октупольные моменты имеют нечетную четность. Если вы отразите грушевидное ядро (в отличие от квадруполярного ядра в форме мяча для регби), вы получите грушу, направленную в другую сторону. Наличие такого ядра требует смешивания четно-четных и -нечетных вкладов в собственное энергетическое состояние, а это не допускается для собственных состояний сохраняющих четность электромагнитных и сильных взаимодействий, которые (предположительно) формируют атомные ядра.
Иными словами, наличие грушевидного ядра требует способа определить, в какую сторону будет направлена груша. Угловой момент ядра может нарушить изотропию и обеспечить особую ось, но «груша» — это вектор (указывающий от основания к стержню), и для превращения псевдовекторного углового момента в векторную величину требуется механизм нарушения четности.
Другой способ сформулировать это - сказать, что если бы такое собственное состояние было возможно для гамильтониана, сохраняющего четность, то отраженная версия также должна быть вырожденным, неразделимым собственным состоянием. Наличие такого уникального основного состояния означает наличие способа снять это вырождение.
Тогда я могу задать свой вопрос: почему возможны грушевидные ядра? Мои рассуждения неверны? То есть могут ли гамильтонианы, сохраняющие четность, привести к таким смешанным по четности собственным состояниям? Или на самом деле существуют взаимодействия, нарушающие четность, которые решительно снимают вырождения и формируют эти ядра? Если так, то кто они?
У меня есть частичный ответ на мой вопрос, который я публикую здесь, потому что вопрос становится слишком длинным.
После тщательного просмотра в Интернете множества запутанных (для меня) статей из литературы по ядерной физике я наткнулся на этот обзор:
Асимметрия собственного отражения в атомных ядрах. П.А. Батлер и В. Назаревич. Преподобный Мод. физ. 68 нет. 2, стр. 349-421 (1996) .
Здесь они проводят аналогию с эффектом Яна-Теллера , который изначально был принципом молекулярной физики, утверждающим, что пространственно вырожденные основные состояния вообще невозможны: всегда будет некоторая деформация молекулы — или какое-то другое взаимодействие, каким бы малым оно ни было — что нарушает симметрию системы и поэтому обязательно снижает энергию хотя бы одного из вырожденных состояний. Таким образом, они прямо заявляют, что
Стабильные отражательно-асимметричные деформации в фиксированной системе отсчета можно отнести к нарушающему четность взаимодействию нечетной мультиполярности, которое связывает внутренние состояния противоположной четности.
Позже они указывают причину нарушения этой четности из-за слабого взаимодействия :
Нарушение четности (в лабораторной системе отсчета) вызвано несохраняющей четность компонентой, , слабого взаимодействия. Величина этого эффекта порядка , куда постоянная Ферми и – константа сильной связи.
Если это так, то мое естественное предположение состоит в том, что ядро, основное состояние которого имеет грушевидную форму, должно быть частью почти вырожденного дублета (который происходит от исходного вырожденного основного состояния сильного и электромагнитного взаимодействий), разделенного примерно промежутка в следующее возбужденное состояние. Тогда первое, «слабо» возбужденное состояние также будет грушевидным и будет иметь проекцию
пользователь4552
пользователь39997