Spin và độ chẵn lẻ là hai đặc trưng lượng tử của hàm sóng. Hàm sóng này
thường được ký hiệu như sau [1] [22][35]:
J J
trong đó là độ chẵn lẻ và J là spin của hạt nhân. Độ chẵn lẻ gắn liền với tính
chất của hàm sóng ở phép biến đổi phản xạ gương P trong không gian toạ
độ.
( ) ( ) ( )
J J J
P r r r
(1. 16) Từ tính bất biến của trạng thái hạt nhân đối với phép biến đổi P, suy ra =
1. Trạng thái có = +1 gọi là trạng thái có độ chẵn lẻ dương, trạng thái có
= -1 gọi là trạng thái có độ chẵn lẻ âm.
Spin hạt nhân J
là mô men góc toàn phần xác định từ tổng mô men góc của
các nucleon tham gia cấu trúc lên trạng thái J .
Độ chẵn lẻ và spin của hạt nhân là hai số lượng tử quan trọng đặc trưng cho
cấu trúc hạt nhân trong từng trạng thái vật lý của nó. Đây là hai đại lượng vật
lý luôn được bảo toàn trong các quá trình biến đổi hạt nhân gây bởi tương tác
mạnh.
Quá trình phân rã gamma của một hạt nhân gắn liền với chuyển dịch từ trạng
thái kích thích này về trạng thái kích thích khác trong hạt nhân. Do photon là
lượng tử của trường điện từ, nên các quá trình dịch chuyển hạt nhân khi phát gamma được gọi là các dịch chuyển điện từ. Một dịch chuyển điện từ luôn
luôn bảo toàn năng lượng, spin và độ chẵn lẻ.
Nếu hạt nhân có năng lượng, spin và độ chẵn lẻ ở trạng thái đầu tương ứng là Ei, Ji, i và trạng thái cuối là là Ef, Jf, f thì năng lượng của tia gamma phát ra được xác định từ độ lệch giữa hai mức năng lượng:
E = Ei - Ef (1. 17)
Photon là một bozon có spin bằng 1, vì thế mô men góc L của photon phải là
nguyên dương. Trong dịch chuyển điện từ giữa hai trạng thái hạt nhân
f i
i f
i f i f
J J L J J (1. 18)
Độ chẵn lẻ cũng được bảo toàn trong quá trình dịch chuyển điện từ.
if = 1 (1. 19)
Như vậy độ chẵn lẻ của photon là dương nếu i=f và phải là âm nếu i=-f. Với dịch chuyển điện thì:
( 1) L (1. 20) và dịch chuyển từ thì: 1 ( 1) L (1. 21)
Bức xạ gamma với L= 1 gọi là bức xạ lưỡng cực, L= 2 gọi là bức xạ tứ cực, L = 3 gọi là bức xạ bát cực, …
Như vậy độ đa cực của bức xạ gamma được xác định bằng 2L. Do L> 0 nên không tồn tại đơn photon ứng với dịch chuyển E0. Hình 1.6 minh họa các dịch
chuyển điện từ và bậc đa cực [31].
Hình 1. 7 Minh họa spin, chẵn lẻ và bậc đa cực của một số dịch chuyển.
Như vậy, có thể thấy:
- Nếu trong dịch chuyển đã tồn tại dịch chuyển điện thì gần như không
xuất hiện dịch chuyển từ;
- Trong một dịch chuyển gamma không xuất hiện hai loại dịch chuyển
cùng loại, nghĩa là không tồn tại đồng thời các dịch chuyển điện khác
2+ E1 E2 1- E1 0+ 4+ E2 E4 2+ E2 0+ 1/2- E1 E1 3/2+ M1 E2 1/2+
bậc đa cực, hay dịch chuyển từ khác bậc đa cực trong cùng một dịch
chuyển gamma;
- Dịch chuyển lưỡng cực từ kèm theo dịch chuyển tứ cực điện trong cùng một dịch chuyển gamma.