Введение к работе
!
Актуальность проблемы
Экспериментальные исследования последних десятилетий в области ядерного отклика на различные внешние поля при малых переданных энергиях (по сравнению с энергией Ферми) привели к обнаружению новых коллективных явлений в ядрах, в частности, гигантских мультиполь-ных резонансов. При этом коллективные возбуждения проявляются в резонансном поведении сечения процесса, усредненного по многим квантовым ядерным состояниям. Ядерный отклик обнаруживает не только низколежащие коллективные состояния и резонансы различной природы, мо и нерезонансное распределение силы (подложку) в области энергий гигантских резонансов. Важной особенностью новых экспериментальных данных является регулярное поведение наблюдаемых характеристик ядерных резонансов в зависимости от массового числа, таких как центроид энергии резонанса, его ширина, вероятность возбуждения.
Открытие новых коллективных явлений в возбужденных ядрах стимулировало развитие полуклассических (макроскопических) подходов, осно-занных на динамике в фазовом пространстве. Это связано с тем, что для эписанил коллективного ядерного движения необходимо учитывать динамические искажения поверхности Ферми, имеющие характер не только смещений поверхности как целого, но и деформации поверхности Ферми. Поэтому макроскопическая модель ядра должна опираться на полуклас-:ическую динамику ферми-жидкости — кинетическое уравнение с самосогласованным полем (уравнение Власова-Ландау), Такие подходы разнизались в двух направлениях. Чтобы учесть конечность ядра в рамках теории ферми-жидкости Ландау, ядро рассматривалось как капля ферми-кидкости с гидродинамическими свойствами поверхности. Другое напра-зление исходило из предположений, ограничивающих мультипольность динамической деформации поверхности Ферми, чтобы получить замкнутые уравнения для макроскопических величин.
Указанные полуклассические подходы объясняют коллективные моды, ;оответствующие ядерным гигантским резонансам, однако, не учитывают їатухание коллективных ядерных движений из-за связи с одночастич-іьвт степенями свободы(однотельное затухание, соответствующее фрагментации в квантовых подходах в приближении хаотических фаз). Особенности же ядерной многочастичной системы (длина свободного пробега іуклонов сравнима с размерами системы, резкое поведение статического
поля на краю ядра) указывают на важность такого механизма затухания. Кроме этого, не удается описать средние свойства низколежащих коллективных состояний, не прибегая к искусственным приемам.
Указанные трудности описания коллективного ядерного движения можно разрешить в модели, которая опирается на явное решение кинетического уравнения Власова-Ландау. При этом вахсно, чтобы задача не сводилась к проведению громоздких численных расчетов, при которых теряется одни из основных достоинств макроскопической (полуклассической) модели: физическая наглядность результатов. Этого можно достичь, используя в подходе макроскопические свойства основного состояния ядра.-
Таким образом, актуальной задачей является построение макроскопической модели, которая исходит из прямого решения кинетического уравнения Власов а-Ландау и явно использует надежно подтвержденные экспериментом макроскопические свойства основного состояния ядра.
Цель и задачи исследования
Целью работы являє гея разработка макроскопического подхода к описанию средних свойств возбужденных сложных ядер при промежуточных энергиях возбуждения, который основьтается на динамике в фазовом пространстве и явно использует наблюдаемые макроскопические свойства основного состояния ядра. В работе решаются следующие основные задачи:
Д. Формулировка-метода описания средних свойств коллективных возбуждений в сложных ядрах, исходя из процедуры статистического усреднения точных квантовых величин и уравнений по ансамблю микроскопических состояний квантовой системы.
2. Разработка макроскопической модели для изучения коллективной
ядерной динамики на основе кинетического уравнения Власова-Ландау с
граничным условием на функцию распределения нуклонов на подвижной
свободной поверхности.
3. Рассмотрение на основе разработанного подхода ряда наблюдаемых
коллективных явлений в возбужденных сложных ядрах: нерезонансной
части ядерного отклика в области гигантских резонансов (гладкой под
ложки ), распределения силы изоскалярных возбуждений в неупругих
процессах, затухания гигантского монопольного резонанса.
Научная новизна работы
Предложен метод описания средних свойств коллективных возбуждений в сложных ядрах, исходя из процедуры статистического усреднения точных квантовых величин и уравнений по ансамблю микроскопических состояний квантовой системы. .
Разработана макроскопическая модель . коллективного движения в сложных ядрах при средних энергиях возбуждения на основе кинетического уравнения Власова-Ландау для фсрми-системы со свободной подвижной поверхностью.
Впервые показано, что нерезонансная часть ядерного отклика (гладкая подложка в области гигантских резонансов) при неупругом рассеянии быстрых протонов (с энергией несколько 100 Мэв) на малые углы обусловлена апериодическим движением ядерной поверхности.
Впервые макроскопический предел коэффициента трения для однотель-ной диссипации (стеночная формула) получен в результате усреднения по микроскопическим состояниям (в фазовом пространстве) конечной ферми-системы. Показано, что при коллективном движении в процессе деления ядра диссипация не может иметь полностью однотельную природ}'.
Научная и практическая ценность исследовании
Коллективные явления в атомных ядрах качественно не отличаются от шеквдих место в других конечных фсрми-системах, поэтому предлагаемый подход можно распространить на изучение коллективных возбужде-шй в других системах, в частности, металлических кластерах, атомных системах.
Модель можно обобщить на описание нагретой фермн-сисгемы, что іредставляет особый интерес в связи с проведением в настоящее время кспериментальных исследований коллективных явлений в возбужден-іьіх ядрах.
Результаты, полученные в работе, имеют практическое применение при
нтерпретащга результатов экспериментальных работ и планировании
аучных исследований. *
На защиту выносятся следующие основные результаты:
1. Предложен метод описания средних свойств коллективных возбу-дений в сложных ядрах при промежуточных энергиях возбуждения (в эласти энергий ядерных гигантских резонансов), исходя из процедуры
статистического усреднения точных квантовых величин и уравнений по ансамблю микроскопических состояний квантовой системы. Метод позволяет последовательно связать величины, возникающие при квантовом и классическом (макроскопическом) описании сложной высоковозбужден-ной системы нуклонов.
-
Разработана макроскопическая модель для описання, динамики ядерной поверхности на основе кинетического уравнения Власова-Ландау для ферми-системы со свободной подвижной поверхностью. Получены уравнение' движения ядерной поверхности и аналитические выражения для его динамических параметров (массового параметра и коэффициента трения). Показано, что движение ядерной поверхности представляет собой апериодическое движение.
-
Впервые показано, что нерезонансная часть экспериментального сечения (гладкая подложка в области ядерных гигантских резонансов) при неупругом рассеянии быстрых протонов (с энергией несколько 100 Мэв) на малые углы обусловлена апериодическим движением ядерной поверхности.
-
Впервые найден в аналитическом виде макроскопический предел коэффициента трения для однотельной диссипации (сгеночная формула) в результате усреднения по микроскопическим состояниям (в фазовом пространстве) конечной ферми-системы. Показшю, что при коллективном движении в процессе деления ядер диссипация не может иметь полностью однотельную природу.
-
Предлагаемый макроскопический подход обобщен на описание объемных возбуждений в конечной ферми-жидкости (модель малых колебаний в капле ферми-жидкости). Получено приближенное аналитическое выражение для функции отклика поверхности капли ядерной ферми-жидкости, которое позволяет изучать: а) однотельное затухание; б) средние свойства коллективного движения не только в области гигантских резонансов, но и в области низколежащих коллективных состояний; в) парциальный вклад в коллективное движение одночастичных орбит с разными угловыми моментами для объяснения характера движения.
-
Рассмотрены изоскалярные октупольные возбуждения в капле ферми-жидкости. Расчеты коллективной функции отклика для этих возбуждений дают распределение силы в области энергий ни^колежащего коллективного состояния, низкочастотного октупольного резонанса и высокочастотного октуполыюго резонанса в сложных ядрах, которое наблюдается в неуиругнх процессах.
7. В рамках предлагаемого подхода проведен анализ затухания изо-скалярного гигантского монопольного резонанса в тяжелых ядрах. Показано, что однотельный механизм затухания не дает вклад из-за наличия щели в монопольном одночастичном спектре.' Столкповитсльный механизм затухания объясняет « 30% наблюдаемой ширины. Результаты получены без дополнительных (подгоночных) параметров.
Апробация диссертации
Результаты диссертации были представлены и докладывались на Международном симпозиуме по ядерной структуре ( Копенгаген, Дания, 1985); 36, 39 и 41 -45 Всесоюзных (Международных с 1992 г.) совещаниях по ядерной спектроскопии и структуре атомкого ядра (1986, 1989, 1991 -1995); 12-ой Международной школе по физике (Закопаны, Польша, 1937); тематическом школе-семинаре "Коллективная ядерная динамика" (Саратов, 1988); конференции :' Коллективные состояния в атомных ядрах" (Дубна, 1988); Международной конференции по избранным вопросам структуры ядра (Дубна, 1989); Международном рабочем совещании по ядерной динамике (Марчана Марина, Италия, 1990); .Международной конференции по ядерной структуре и ядерным реакциям при низких и средних энергиях (Дубна, 1992 г.); 3-ей и 4-ой Международных школах по ядерной физике (Киев, 1992, 1994); 24-ой Международной школе по физике (Пяски, Польша, 1995),
Публикации
По результатам диссертации опубликовано 21 работа.
Объем и структура диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и четырех приложений. Она содержит 264 страницы, включая 2 таблицы, 24 рисунка и список цитируемой литературы из 216 наименований.