| 词条 | 中高能核物理 |
| 释义 | § 中高能核物理 § 正文 20世纪60年代发展起来的原子核物理学和粒子物理学的边缘学科。它的研究对象是：原子核受到高能粒子（102～105MeV）及其次级粒子束（例如μ介子、K介子以及反质子等等）轰击时，所表现出来的各种现象、特点以及由此揭示出来的运动规律。同低能核物理比较，它具有两个特点：一个是入射粒子的能量高，可以研究高动量转移及高能量转移下的现象。另一个是入射粒子的种类多，增加了变革原子核的手段，从而扩大了核反应的研究范围。在中高能核物理实验中是以原子核为靶的，利用原子核是核子多体系统这一特点，可以提供一些研究基本粒子特性及基本相互作用的新途径。下面是中高能核物理研究的几个主要领域。 核内非核子自由度 自从1932年发现中子以来，人们认为原子核是由中子和质子组成的，并把中子和质子(统称为核子)当做点粒子来处理。由于核子在原子核中速度不高，它们应遵从非相对论性的量子力学规律。且认为核子和核子之间由介子场作媒介存在着强相互作用，在非相对论近似下一般可以用一个位势来描述。从以上几点出发，建立起来的核结构理论，称为传统的核理论。 显然,上述的理论框架与实际情况有出入。首先,核子不是点粒子，而是复合粒子，它可以有许多的激发状态，例如 Δ(1232)共振态。其次, 核子通过介子场来传递核子之间的作用,因此介子场也是核内的客观存在。那么，这些非核子自由度（胶子、夸克、介子以及核子共振态等的空间位置、自旋、同位旋等）到底在原子核内是否重要，它们起什么样的作用，研究表明，即使对于原子核的基态，传统的核理论与实验也有不完全符合的地方。对于高动量（或高能量）传递的情况，传统的核理论与实验的偏离就更大了。例如,3He的电形状因子,在动量传递小的情况下，理论与实验基本是一致的；但当动量传递超过3fm-1时，理论值比实验值小几倍至几十倍。这些结果都表明核理论的研究需要深入一步，这也正是中高能核物理研究中需要解决的主要问题之一。 在这方面,目前主要是研究μ介子以及核子共振态Δ(1232)对核多体系统的影响。 由于实验资料还不够系统和精确，所以研究工作还处于初步阶段。已有的一些结果表明：介子交换流效应在原子核中是不可忽略的，即原子核内核子之间交换的虚介子流对原子核的磁矩、β衰变以及γ跃迁都有约百分之几的影响。对于核子共振态Δ(1232)而言，虽然它比核子的质量约大 300MeV, 因而混入Δ 粒子成分必然很小，但它仍然对核的基态及低激发态有一定的影响，对某些物理量有明显的贡献，因此，对核内Δ 成分的研究已经越来越受到重视。随着能量进一步增高，研究夸克自由度在核内的影响问题，将会提上日程。轻子深度非弹性散射的EMC效应就是在这方面跨出的重要一步。 奇特原子和奇特核 在中高能核物理的研究中，还可以利用各种次级粒子束流，生成新型的原子或原子核，分别称之为奇特原子和奇特核。 由其他带负电荷的粒子取代核外电子,所形成的"原子"称为奇特原子。例如μ-子原子、μ介子原子以及反质子原子等等。由于这些粒子的质量都比电子的质量大得多，所以它们在原子内的轨道更加靠近原子核，甚至有很大的几率穿越原子核。可以利用它们做为探针，来探测原子核的一些基态性质。 类似的，由其他重子进入到原子核中所形成的新的核多体系统称为奇特核。例如Λ 超核、Σ超核以及反质子核等等。目前只有Λ 超核为实验所肯定，并已开展了一些Λ 超核谱学及生成Λ 超核机制的研究(见超核)。这些新的核多体系统，一方面由于增加了一类粒子，所以比原子核具有更多的激发方式，从而开扩了核结构的研究；另一方面,对于研究核子与其他重子的相互作用,也有重要的意义。 介子核物理 用介子做为探针，研究介子与核碰撞的各种机制，将增进对于介子与核作用的认识。为研究核内介子自由度的影响提供直接的知识。目前，主要是研究μ介子同核的作用（称μ核反应或μ核作用）,也有少量K介子方面的工作。自从μ介子工作建成以后，对于入射 μ介子的能量主要在低能区及共振区(约300MeV以下)的情况，开展了大量的μ介子-核散射（包括弹性散射和非弹性散射）、μ核吸收和各种μ核反应的研究工作。 由光学势阱的冲量近似已经可以相当好地解释 π核弹性散射的实验。然而对于μ核反应过程(包括非弹性散射),则需要考虑原子核的多体效应；尤其对于共振区,μ介子进入原子核以后，可以使得核子激发为核子共振态Δ(1232)，并在核内传播，这是 μ 核作用中一个相当重要的机制。 随着对μ核反应机制了解的深入，利用μ介子作为探针，来探索原子核结构的工作越来越多。它不仅可以做为研究核内μ介子及Δ 粒子自由度的主要探针,而且由于μ介子具有一些独特的特性,从而丰富了研究核结构的手段。例如它是玻色子，可以完全被吸收，有助于了解核子在核内的短程关联;又例如它有三种电荷态μ±及μ0,不仅可以发生单电荷交换,还可以发生双电荷交换反应。利用这些特点，可以获得原子核结构的新知识。 高能电子及高能质子与核的作用 用高能电子或高能质子轰击原子核时，由于入射能量高，有助于了解原子核内核子运动的高动量状况。尤其是高能电子同核作用的实验，由于电子同原子核之间只有电磁作用，可以避免强相互作用的影响，因而电子是一个很有用的工具。例如，从电子散射可以定出原子核的密度分布，并且随着入射电子能量的加高，将对原子核核心部位的密度分布有更精确的了解。又例如,从敲出反应（入射粒子,一般为电子、质子、α 粒子等，与原子核碰撞后，敲出另外一个粒子或一个粒子集团的反应）(e,e┡p),可以了解质子在核内的能级特性。 高能重离子反应 由于高能重离子反应的弹核既重又快，轰击原子核可以将靶核或弹核完全打碎，产生许多产物，或放出许多介子（即散裂反应）等等。因此这是一个新现象十分丰富的领域，它有许多很难处理的问题，目前的研究尚处于唯象的阶段。有人期望利用两大块核物质高速碰撞的途径，获得超过正常核密度的核物质,从而形成不平常核态。这是一个很有意义的课题,但尚有待实验证实。 重子－重子相互作用 核子之间的相互作用（见核力）问题一直是原子核物理中的一个基本问题。长期以来,它借助一个符合二体散射实验的唯象位势来描述。60年代发展了单玻色子交换理论。近几年来,通过π-N散射振幅，建立了2μ交换理论，成功地解释了核力的中程性质。然而对于核力的短程性质，还只能用一个唯象的排斥芯来描述。另一方面，由于核子是由夸克组成的复合粒子，原则上讲，核子之间的作用应该可以由夸克之间的作用得出。这是强相互作用研究中一个十分困难的问题。目前的理论尚处于探索阶段。主要有两个模型：一个是袋模型，另一个是势模型。随着对核内非核子自由度以及奇特核方面研究的深入，越来越需要了解其他重子（例如Λ 超子、核子激发态Δ等）同核子之间的相互作用的知识。这方面的工作也在逐步开展。 中高能核物理的研究领域比较宽，涉及的问题也很多。例如还有原子核中的弱相互作用问题，高能强子与核碰撞引起的多重产生现象等等。 § 配图 § 相关连接 |
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