Kierunki badań
Struktura jądra atomowego
Zjawisko Dopplera w fizyce jądrowej
Multipolowośc promieniowania elektromagnetycznego
W celu obliczenia prawdopodobieństwa p przejścia, należy rozważyć oddziaływanie między kwantowym polem elektromagnetycznym i stanami jądra. Wiele zjawisk można jednak wyjaśnić już na gruncie klasycznym. W klasycznej elektrodynamice promieniowanie energii jest wynikiem zmian zachodzących w rozkładzie ładunków lub prądów w obrębie rozważanego układu. Najbardziej podstawowym promieniowaniem jest elektryczne promieniowanie dipolowe, które w klasycznym ujęciu fizycznym jest rezultatem harmonicznych oscylacji ładunku elektrycznego. Bardziej złożone rodzaje promieniowania mają wyraźnie mniejsze prawdopodobieństwa przejść i zazwyczaj są wzbronione (nie są obserwowane). Energia wzbudzenia może być oddana w procesach elektromagnetycznych, w których obserwujemy wysłanie kwantu γ, albo energia zostaje przekazana powłoce elektronowej (w tym przypadku zamiast kwantu emitowany jest elektron – ten proces nazywamy konwersją wewnętrzną elektronu).
Jeżeli promieniowanie dipolowe jest wzbronione przez zasadę zachowania momentu pędu, to jądro jest zmuszone do wysłania energii w postaci promieniowania multipolowego wyższego rzędu. Rozwiązania równań Maxwella dla takiego drgającego ładunku muszą być bardziej ogólne niż w przypadku dipola. Stany jądra, między którymi następuje przejście γ są zazwyczaj przedstawiane jako funkcje własne momentu pędu i parzystości (są to wielkości zachowujące się podczas przejść). Rozwiązań poszukujemy więc w postaci funkcji własnych momentu pędu. Rozwiązania te określają nam pola multipolowe. Funkcje własne należące do określonej wartości L, odpowiadają polu promieniowania drgającego 2L-pola klasycznego. L jest więc tzw. rzędem multipola.
Kwant γ należący do pola multipolowego rzędu L niesie ze sobą moment pędu o wielkości Lh. Zasada zachowania momentu pędu wymaga, by w czasie emisji kwantu o rzędzie multipola L suma wektorów momentów pędu I1 lub I2 stanów uczestniczących w przejściu i wektora L kwantu promieniowania pozostawała niezmieniona. Wynika stąd warunek dla liczb kwantowych (tzw. reguła wyboru):
L = | I1 – I2 |
Gdy oba spiny I1 i I2 są równe zeru, wówczas przejście nie jest możliwe – nie istnieje promieniowanie multipolowe z L = 0. Przejście może wtedy nastąpić tylko na drodze bezpromienistej (np. jako tzw. konwersja wewnętrzna elektronu). Jeśli I1 = I1 ≠ 0, to najniższą możliwą wartością jest L = 1.
W procesach emisji oprócz momentu pędu musi być zachowana jeszcze parzystość. Z własności transformacyjnych pola multipolowego wynika kolejna reguła wyboru – elektryczne promieniowania multipolowe posiadają parzystość (–1)L , a magnetyczne – parzystość (–1)L+1. Przejście jest więc możliwe tylko wówczas, jeżeli parzystości obu stanów spełniają zależność:
π1 / π2 = (–1)L
dla promieniowania EL oraz
π1 / π2 = (–1)L+1
dla promieniowania ML. Z zasady zachowania parzystości wynika, że niemożliwa jest jednoczesna emisja promieniowania E i M o tym samym rzędzie multipolowym.
Źródło: Theo Mayer-Kuckuk „Fizyka jądrowa”, Wydawnictwo Naukowe PWN, wydanie drugie, Warszawa 1987