II. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
B. NỘI DUNG
3.4. Steven A Moszkowski
46
trong hạt nhân. Trên thực tế, sự tương tác thặng dư của Migdal khá yếu ở bên trong hạt nhân. Hầu hết các vụ va chạm xảy ra ở bề mặt hạt nhân nơi nguyên tắc Pauli mất tầm quan trọng và các nucleon cảm thấy sựtương tác hấp dẫn mạnh mẽ. Hành vi của lực bên ngoài bề mặt một lần nữa không quan trọng lắm vì ởđó các hàm sóng có đuôi phân rã theo cấp số nhân, nghĩa là xác suất tìm thấy một nucleon ở đó nhanh chóng về 0. Do đó, năm 1965, Green và Moszkowski đưa ra một phép tính gần đúngcó ý nghĩa để hạn chế toàn bộtương tác trên bề mặt hạt nhân và đểxác định cái gọi là tương tác trên bề mặt delta:
0 1 2 1 0
V(1,2) V (r r ) ( r R ) (3.14) 0
V vẫn có thể phụ thuộc vào tọa độspin và isospin theo cách thông thường. Lực này có tính chất hình học rất đơn giản. Sử dụng mở rộng hàm trong đa thức Legendre
1 2 1 2 l 12 l 1 2 r r 2l 1 r r P (cos ) r r 4 (3.15)
Trong đó 12 là góc giữa các vectơ r1 và r2 và định lý bổ sung của các hàm điều hòa cầu, chúng ta có được: 1 0 * 2 0 0 lm 1 1 lm 2 2 lm 1 2 r R r R V(1,2) V Y Y r r (3.16)
Đây là một tổng vô hạn rời rạc. Trong một cơ sở hình cầu, các phần tử ma trận kết hợp với động lượng góc tốt trở nên cực kỳđơn giản vì chỉ còn một thuật ngữ của tổng trong (3.16). Lực mô hình này đã được áp dụng trong nhiều tính toán. Nó đã được sử dụng như lực Migdal lực lượng như một lực hiệu quả trong số các hạt hóa trị. Tuy nhiên, điều đó không có ý nghĩa để mở rộng không gian cấu hình cơ bản hơn hai lớp vỏ chính, trở thành trường hợp chúng ta có các mức có cùng số lượng tử động lượng góc. Do các tích phân xuyên tâm được xấp xỉ bởi giá trị của hàm sóng tại r R 0 không có sự hủy bỏ nào đối với các hàm sóng với sốlượng nút xuyên tâm khác nhau. Do đó, các hạt ở mức độnhư vậy cảm thấy một sự tương tác mạnh mẽ phi vật lý.
3.5. Xác định tương tác hiệu dụng bằng thực nghiệm
Do việc tạo ra sự tương tác hiệu quả từ một lực NN trần khá phức tạp, một số tác giả đã cố gắng xác định các yếu tố ma trận của lực NN trong một cơ sở nhất định trực tiếp từ dữ liệu thực nghiệm.
47
James Phillip Elliott và cộng sựđã sử dụng các độ dịch pha thực nghiệm của sự tán xạ NN để lấy các phần tử ma trận của một tương tác hiệu quả trực tiếp trong một cơ sở dao động (lực Sussex). Bằng cách này, vấn đề của lõi cứng được tránh hoàn toàn.
John Douglas McCullen và nhóm nghiên cứu đã xác định các yếu tố ma trận này từ phổ của 42Sc. Nó chứa một neutron và một proton bên ngoài lõi 40Ca. Kết hợp với động lượng góc l cung cấp năng lượng tương tác
1 2 1 2 42 41 41 40 V(I) j j I V j j I B I, Sc B I, Sc B I, Ca B I, Ca (3.17)
Trong đó B là năng lượng liên kết thực nghiệm của cấp độ với spin I trong 42Scvà trạng thái cơ bản của các hạt nhân khác.
Schiffer và Molinari đã thực hiện một cuộc điều tra tổng quát hơn về nhiều hạt nhân đơn giản như vậy với cấu hình thuần túy trong đó một nucleon nằm trong vỏ j1 và nucleon còn lại thì ở trong vỏ j2. Sự kết hợp của động lượng góc tạo ra các bội số với
1 2 1 2
j j I j j . Sựtương tác tạo ra sự phân chia của các bội số. Thật thuận tiện khi vẽ không phải V(I) so với I mà là tỷ lệ không thứ nguyên V(I) / V là một hàm của góc chồng chéo nhau 12 trong đó V là năng lượn trung bình tương tác hai hạt
I I
V 2I 1 V(I) / 2I 1 (3.18)
Góc này là góc giữa các quỹđạo cổđiển của hai hạt nhân hóa trị
1 2 1 1 2 2 12 1/2 1/2 1 2 1 1 2 2 j j I(I 1) j (j 1) j (j 1) cos j j 2 j (j 1) j (j 1) (3.19)
và nó đo sự chồng chéo không gian của hai hàm sóng.
3.6. Kết luận
Lực hạt nhân là trung tâm của vật lý hạt nhân kể từ khi lĩnh vực này ra đời vào năm 1932 với sự phát hiện ra neutron của Chadwick. Trên thực tế, trong vài thập kỷđầu tiên của vật lý hạt nhân, thuật ngữ “lực hạt nhân”, thường được sử dụng như một từ đồng nghĩa với VLHN nói chung. Có nhiều lý do tại sao lực hạt nhân đóng một vai trò nổi bật như vậy.
Sựtương tác giữa hai nucleon là cơ bản cho VLHN. Mục tiêu truyền thống của VLHN là tìm hiểu các tính chất của hạt nhân nguyên tử theo sựtương tác giữa trần trần giữa các
48
cặp hạt nhân. Với sự khởi đầu của QCD, rõ ràng là tương tác NN không phải là cơ bản. Tuy nhiên, ngay cả ngày nay, trong bất kỳ cách tiếp cận đầu tiên nào đối với vấn đề cấu trúc hạt nhân, người ta cho rằng các hạt nhân là các hạt cơ bản. Thất bại hoặc thành công của phương pháp này sau đó có thể dạy chúng ta điều gì đó về sự liên quan của hạt nhân bậc tự do.
Sự tương tác NN đã được điều tra bởi một số lượng lớn các nhà vật lý trên toàn thế giới trong 70 năm qua. Nó là phần tương tác mạnh nhất được biết đến của các tương tác mạnh; trong thực tế, đối với không có mẫu nào khác của lực mạnh, một lượng dữ liệu thực nghiệm tương đương đã được tích lũy.
Nỗ lực lâu đời nhất để giải thích bản chất của lực hạt nhân là do Yukawa. Theo lý thuyết của ông, các boson khổng lồ (meson) làm trung gian cho sự tương tác giữa hai nucleon. Mặc dù, dưới ánh sáng của QCD, lý thuyết meson không còn được coi là cơ bản nữa, khái niệm trao đổi meson tiếp tục đại diện cho mô hình hoạt động tốt nhất cho tiềm năng NN định lượng.
Trong lịch sử, nó trở thành một nhiệm vụ quan trọng để mô tả lực hạt nhân chỉ là hiện tượng học, và phải mất một phần tư thế kỷđểđưa ra mô hình bán định lượng đầu tiên - năm 1956 và vẫn được sử dụng cho đến ngày nay nhờ có tính đơn giản hóa tính toán. Kể từ đó, đã có tiến bộđáng kể trong thử nghiệm và lý thuyết về lực hạt nhân. Hầu hết các câu hỏi cơ bản đã được giải quyết trong những năm 1960 và 70, sao cho những năm gần đây chúng ta có thể tập trung vào sự tinh tế của lực đặc biệt này.
Trong những năm 1990, các vấn đề chính liên quan đến tương tác NN là:
Cải thiện phân tích dịch pha
Dữ liệu NN có độ chính xác cao
Tiềm năng NN có độ chính xác cao
QCD và lực hạt nhân
49
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
VLHN là một ngành nghiên cứu quan trọng bởi vì nó tìm hiểu về hạt nhân của nguyên tử, là trung tâm của khả năng hiểu vũ trụ của chúng ta. Nó cung cấp câu trả lời và mở rộng kiến thức của chúng ta về các thực thể vô cùng nhỏ và cực kỳ lớn.
Chẳng hạn, chúng ta đã học được rằng hạt nhân tồn tại là kết quả của sự tương tác tương đối đơn giản giữa các hạt hạ nguyên tử được gọi là quark và gluon. Và những hạt này tạo thành một hệ thống phức tạp giúp chúng ta, thế giới và vũ trụ hữu hình của chúng ta tồn tại.
Nhưng có rất nhiều điều để tìm hiểu về các hạt này và các lực ảnh hưởng đến chúng. Khi tìm hiểu về hạt nhân của nguyên tử và các lực chi phối nó, các nhà khoa học phát triển kiến thức, kỹ thuật và công cụ nghiên cứu có thểđược sử dụng để phát triển nhiều ứng dụng thực tế.
Những ứng dụng này bao gồm các thiết bị và công nghệ chẩn đoán và trị liệu y tế, sản xuất và thăm dò năng lượng, an toàn và an ninh quốc gia, và để phân tích các vật liệu và chất gây ô nhiễm môi trường.
VLHN và các ứng dụng của nó thúc đẩy sức sống kinh tế của chúng ta, và làm cho thế giới và cuộc sống của chúng ta an toàn và lành mạnh hơn.
Tuy nhiên, có thể thấy rằng, VLHN trong chương trình dạy học sinh viên Sư phạm vẫn chưa nhận được sự chú ý xứng đáng với vai trò cũng như các thành tựu của nó. Đặc biệt, trong học phần “Lịch sử Vật lý”, dường như VLHN chỉ được đề cập đến một phần nhỏ, trong khi đó các phần Cơ, Nhiệt, Điện, Quang được thể hiện khá chi tiết trong từng giai đoạn cổ đại đến hiện đại.
Tiến hành khảo sát trên 40 sinh viên Sư phạm Vật lý cho thấy rằng
Vẫn có một số ít sinh viên nhầm lẫn giữa VLHN và Vật lý nguyên tử khi được hỏi về mục đích nghiên cứu của VLHN:
50
100% sinh viên được khảo sát không biết đến lý thuyết Yukawa vềtương tác hạt nhân, mặc dù lý thuyết này là một dấu mốc quan trọng trong quá trình phát triển của VLHN, hỗ trợ nghiên cứu tương tác NN
Hơn 90% sinh viên được khảo sát muốn được tìm hiểu thêm về lịch sử phát triển của VLHN, chủ yếu là vì các lý do:
Bản thân có niềm đam mê nghiên cứu Vật lý.
VLHN có các ứng dụng ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống và phát triển của xã hội.
Muốn biết được VLHN đã được hình thành như thế nào.
Việc tiếp cận với một chuyên ngành thông qua quá trình ra đời, phát triển của nó là một cách để khiến cho người học dễ dàng tiếp thu với kiến thức mới hơn. Trong quá trình học, sinh viên có thể hiểu hơn về các nhà khoa học cũng như được truyền cảm hứng thông qua cuộc đời của họ. Từ đó, tạo động lực, niềm yêu thích trong việc học tập và nghiên cứu môn Vật lý.
51
PHỤ LỤC
52
53
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Đào Văn Phúc (2007), Lịch sử Vật lý học, nhà xuất bản Giáo dục.
2. Ths. Nguyễn Thị Thếp (2008), Lịch sử Vật lý, nhà xuất bản Đại học Sư phạm.
3. Peter Ring, Peter Schuck (1980), The Nuclear Many-Body problem, Springer-Verlag New York Inc.
4. Samuel S.M. Wong (2004), Introductory Nuclear Physics, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KgaA
5. Đào Tiến Khoa (2010), Vật lý hạt nhân hiện đại, Nhà xuất bản Khoa học và Kĩ thuật, Hà Nội.
6. Kenneth S. Krane (1987), Introductory Nuclear Physics, John Wiley & Sons Inc. 7. Florian Cajori (1962), History of Physics, Dover Publications.