Modèles nucléaires collectifs

Les modèles collectifs décrivent le mouvement coordonné de nombreux nucléons, rendant compte des rotations, des vibrations et des déformations nucléaires que les modèles à particule unique ne peuvent à eux seuls expliquer.

Definition

Les modèles nucléaires collectifs décrivent les excitations du noyau impliquant le mouvement corrélé de nombreux nucléons, telles que la rotation et la vibration d'une forme nucléaire déformée, complétant ainsi la description à particule unique du modèle en couches.

Scope

Ce sujet aborde les descriptions du noyau dans son ensemble, depuis le modèle précoce de la goutte liquide jusqu'au modèle collectif de Bohr et Mottelson qui traite des rotations et des vibrations de surface des noyaux déformés. Il examine les bandes de rotation et leur espacement énergétique caractéristique, les excitations vibrationnelles, l'apparition d'une déformation nucléaire permanente loin des couches fermées, et l'unification des degrés de liberté collectifs et à particule unique.

Core questions

• Quand les noyaux deviennent-ils déformés de manière permanente plutôt que sphériques ?
• Comment les excitations rotationnelles et vibrationnelles apparaissent-elles dans les spectres nucléaires ?
• Comment les mouvements collectifs et à particule unique sont-ils conciliés dans une seule description ?
• Que révèle le motif des niveaux d'énergie sur la forme nucléaire ?

Key concepts

• Déformation nucléaire
• Bandes de rotation
• Excitations vibrationnelles
• Moment d'inertie du noyau
• Moments quadrupolaires
• Couplage du mouvement collectif et à particule unique

Key theories

Modèle collectif de Bohr-Mottelson

Bohr et Mottelson ont décrit les excitations nucléaires de basse énergie comme des rotations et des vibrations d'une surface nucléaire déformée, unifiant le mouvement collectif avec la structure en couches à particule unique sous-jacente.

Spectres de la goutte liquide et de rotation

Les noyaux déformés présentent des bandes de rotation dont les énergies varient avec le moment angulaire selon un motif caractéristique, tandis que les noyaux quasi-sphériques montrent des séquences de niveaux vibrationnels.

Clinical relevance

Les modèles collectifs expliquent les spectres des noyaux déformés à travers la carte des nucléides, éclairent l'interprétation de la spectroscopie gamma et des états de spin élevé, et sont liés à la compréhension de la fission comme une déformation collective de grande amplitude du noyau.

History

Rainwater a suggéré en 1950 que les noyaux pouvaient être déformés de manière permanente, et Aage Bohr et Ben Mottelson ont développé cela en un modèle collectif quantitatif au début des années 1950, décrivant les rotations et les vibrations nucléaires et les reliant au modèle en couches. Leur vision unifiée du mouvement nucléaire individuel et collectif a valu à Bohr, Mottelson et Rainwater le prix Nobel de physique en 1975.

Key figures

• Aage Bohr
• Ben Mottelson
• James Rainwater

Seminal works

• bohr1953
• boharmottelson1969

Frequently asked questions

Qu'est-ce qu'une bande de rotation ?

Une bande de rotation est une séquence de niveaux d'énergie nucléaire résultant de la rotation d'un noyau déformé, avec des énergies augmentant selon un motif régulier lié au moment angulaire, de manière similaire aux niveaux de rotation d'une molécule.

Tous les noyaux présentent-ils un comportement collectif ?

Les rotations collectives sont plus prononcées dans les noyaux éloignés des couches fermées, où les noyaux sont déformés. Les noyaux proches des nombres magiques tendent à être sphériques et sont mieux décrits par le mouvement à particule unique.