Kollektive Kernmodelle

Kollektive Modelle beschreiben die koordinierte Bewegung vieler Nukleonen und erfassen Kernrotationen, -schwingungen und -deformationen, die Einzelteilchenmodelle allein nicht erklären können.

Definition

Kollektive Kernmodelle beschreiben Anregungen des Kerns, die die korrelierte Bewegung vieler Nukleonen beinhalten, wie die Rotation und Schwingung einer deformierten Kernform, und ergänzen das Einzelteilchenbild des Schalenmodells.

Scope

Dieses Thema behandelt Beschreibungen des Kerns als Ganzes, vom frühen Tröpfchenmodell bis zum kollektiven Modell von Bohr und Mottelson, das Rotationen und Oberflächenschwingungen deformierter Kerne behandelt. Es werden Rotationsbanden und deren charakteristische Energieabstände, Schwingungsanregungen, das Auftreten permanenter Kerndeformationen abseits geschlossener Schalen sowie die Vereinigung kollektiver und Einzelteilchen-Freiheitsgrade behandelt.

Core questions

• Wann werden Kerne permanent deformiert statt sphärisch?
• Wie treten Rotations- und Schwingungsanregungen in Kernspektren auf?
• Wie werden kollektive und Einzelteilchenbewegungen in einer Beschreibung in Einklang gebracht?
• Was verrät das Muster der Energieniveaus über die Kernform?

Key concepts

• Kerndeformation
• Rotationsbanden
• Schwingungsanregungen
• Trägheitsmoment des Kerns
• Quadrupolmomente
• Kopplung von kollektiver und Einzelteilchenbewegung

Key theories

Bohr-Mottelson-Kollektivmodell

Bohr und Mottelson beschrieben niederenergetische Kernanregungen als Rotationen und Schwingungen einer deformierten Kernoberfläche und vereinigten dabei die kollektive Bewegung mit der zugrunde liegenden Einzelteilchen-Schalenstruktur.

Tröpfchenmodell und Rotationsspektren

Deformierte Kerne zeigen Rotationsbanden, deren Energien mit dem Drehimpuls in einem charakteristischen Muster skalieren, während nahezu sphärische Kerne Schwingungsniveausequenzen aufweisen.

Clinical relevance

Kollektive Modelle erklären die Spektren deformierter Kerne über die Nuklidkarte hinweg, informieren die Interpretation der Gammastrahlspektroskopie und von Hochspinzuständen und tragen zum Verständnis der Kernspaltung als kollektive Deformation des Kerns mit großer Amplitude bei.

History

Rainwater schlug 1950 vor, dass Kerne permanent deformiert sein könnten, und Aage Bohr und Ben Mottelson entwickelten dies in den frühen 1950er Jahren zu einem quantitativen kollektiven Modell, das Kernrotationen und -schwingungen beschrieb und sie mit dem Schalenmodell verknüpfte. Ihr vereinheitlichtes Bild der individuellen und kollektiven Kernbewegung brachte Bohr, Mottelson und Rainwater 1975 den Nobelpreis für Physik ein.

Key figures

• Aage Bohr
• Ben Mottelson
• James Rainwater

Seminal works

• bohr1953
• boharmottelson1969

Frequently asked questions

Was ist eine Rotationsbande?

Eine Rotationsbande ist eine Sequenz von Kernenergieniveaus, die aus der Rotation eines deformierten Kerns resultiert, wobei die Energien in einem regelmäßigen Muster, das mit dem Drehimpuls zusammenhängt, ansteigen, ähnlich den Rotationsniveaus eines Moleküls.

Zeigen alle Kerne kollektives Verhalten?

Kollektive Rotationen sind am ausgeprägtesten in Kernen fernab geschlossener Schalen, wo Kerne deformiert sind. Kerne in der Nähe magischer Zahlen sind tendenziell sphärisch und werden besser durch Einzelteilchenbewegung beschrieben.