最先端の物理学

原子核構造と核力

原子核は残留強相互作用で束縛された多核子系であり、殻模型と液滴模型は相補的な側面を記述します。

原子核は残留強相互作用で束縛された多核子系であり、殻模型と液滴模型は相補的な側面を記述します。

モデルと解釈

有効核力は短距離でほぼ飽和し、スピン・アイソスピンに依存します。陽子間にはクーロン反発があります。実験的にR≈r₀A^{1/3}で、半経験的質量公式は体積・表面・クーロン・非対称・対形成項に分けます。殻模型では殻間隔とスピン軌道相互作用が魔法数を説明します。

クイックチェック

核半径はおよそ $R=r_0A^{1/3}$ とスケールし、核子密度の飽和を反映します。核子当たり結合エネルギーは中間質量で最大となるため、軽核融合と重核分裂の双方がエネルギーを放出し得ます。液滴模型は体積・表面・クーロン項を捉え、殻模型は単粒子準位とスピン軌道結合で魔法数を説明します。微視的理論は両方の証拠を再現する必要があります。

有効核力はスピンやアイソスピンに依存する短距離相互作用であり、長距離のクーロン力とは異なるため多核子模型が必要です。結合エネルギーは質量欠損 $B=[Zm_p+(A-Z)m_n-M(A,Z)]c^2$ です。結合エネルギー曲線や核子分離エネルギーは殻構造を検証し、液滴模型の係数は核分裂エネルギーを見積もります。単純な模型一つで全核種を正確には記述できません。

多体系量子力学では二体・多体相互作用で核子状態を記述し、計算した結合・励起エネルギーを測定値と比較します。ab initio計算はQCDや散乱データで制約された核力を用いて現象論的パラメータを減らします。未測定の中性子過剰核への外挿では理論不確かさを示す必要があります。