Vật lý nghiên cứu chuyên sâu

Cấu trúc hạt nhân và lực hạt nhân

Hạt nhân là hệ nhiều nucleon liên kết bởi tương tác mạnh dư; mô hình vỏ và mô hình giọt lỏng mô tả các khía cạnh bổ sung.

Hạt nhân là hệ nhiều nucleon liên kết bởi tương tác mạnh dư; mô hình vỏ và mô hình giọt lỏng mô tả các khía cạnh bổ sung.

Mô hình và diễn giải

Lực hạt nhân hiệu dụng có tầm ngắn, gần bão hòa và phụ thuộc spin/isospin; lực Coulomb đẩy proton. Bán kính thực nghiệm gần R=r₀A^{1/3}. Công thức bán thực nghiệm khối lượng phân rã năng lượng liên kết thành thể tích, bề mặt, Coulomb, bất đối xứng và ghép cặp. Mô hình vỏ giải thích các số magic qua khe năng lượng và tương tác spin–quỹ đạo.

Trắc nghiệm nhanh

Bán kính hạt nhân xấp xỉ $R=r_0A^{1/3}$ phản ánh mật độ nucleon gần như bão hòa; năng lượng liên kết trên mỗi nucleon có đỉnh ở vùng trung bình và giải thích vì sao phản ứng tổng hợp nhẹ lẫn phân hạch nặng có thể giải phóng năng lượng. Mô hình giọt lỏng mô tả năng lượng khối, bề mặt và Coulomb, còn mô hình vỏ giải thích số magic qua các mức đơn hạt cùng ghép spin–quỹ đạo. Một lý thuyết vi mô cần tái tạo cả hai loại đặc trưng.

Tương tác hạt nhân hiệu dụng có tầm ngắn và phụ thuộc spin, đồng vị; nó khác lực Coulomb tầm xa nên cần mô hình nhiều nucleon. Năng lượng liên kết là chênh lệch khối lượng $B=[Zm_p+(A-Z)m_n-M(A,Z)]c^2$. Độ cong của đường năng lượng liên kết và năng lượng tách nucleon kiểm tra mô hình vỏ, còn hệ số giọt lỏng hữu ích để ước lượng năng lượng phân hạch. Không mô hình đơn giản nào mô tả chính xác mọi hạt nhân.

Cơ học lượng tử nhiều hạt mô tả trạng thái nucleon bằng tương tác hai và nhiều thân, rồi so sánh năng lượng liên kết với khối lượng và mức kích thích đo được. Các tính toán ab initio dùng lực hạt nhân suy ra từ QCD hoặc dữ liệu tán xạ để giảm tham số hiện tượng học. Độ bất định lý thuyết phải được báo cáo khi ngoại suy sang hạt nhân giàu neutron chưa đo.