§ 210. Спин и магнитный момент ядра

Нуклоны, составляющие ядро, обладают спином, а значит, и магнитным моментом. Таким образом, наличие спина у электрона не является особым свойством. Элементарные частицы могут обладать спином; наглядная интерпретация этого факта не только не нужна, но и неверна; мы уже предупреждали читателя, что образ вращающейся около своей оси частицы является совершенно условным, так как спин частицы не имеет классической интерпретации.

Вращательный импульс любой частицы, а значит, и атомного ядра может быть представлен формулой

и проекция спина на выделенное направление может пробегать 2s+1 значение, от s до —s. Обычно спином называют не написанное выше выражение, а определяющее его число s.

В соответствии с законами квантовой механики разность между наибольшим и наименьшим значением спина должна равняться целому числу или нулю. Поэтому спин частицы может равняться

Спины нейтрона и протона, как и спин электрона, равны

Просматривая таблицы значений спинов различных атомных ядер, мы обнаружим ряд интересных закономерностей. Прежде всего, у ядер, содержащих четное число протонов и четное число нейтронов, спин ядра равен нулю (Не, Число нуклонов, кратное четырем, вообще играет, видимо, большую роль. Во многих случаях (но далеко не во всех) спин атомного ядра может быть получен следующим образом: отбрасываем ближайшее к число, кратное четырем, и умножаем оставшуюся разность на Например: спин равен ,

Правилом без исключения является довольно очевидное обстоятельство: у ядер с четным спин — целый или равен нулю, у ядер с нечетным кратен 72-

Спины атомных ядер определяются по сверхтонкой структуре оптических спектров. Расщепление энергетических уровней, хотя и крайне незначительное, измеряется вполне уверенно. Расщепление происходит по той причине, что разным взаимным ориентациям спина электрона и спина ядра будет соответствовать разная энергия.

Рассмотрение материала о спинах ядер приводит к заключению о применимости принципа Паули к протонам и нейтронам в ядре. Две тождественные частицы могут расположиться на одном уровне энергии лишь при условии антипараллельности спинов. Так как протон и нейтрон — разные частицы, то на одном уровне могут быть два протона и два нейтрона. В этой компактной группе со спином, равным нулю, мы узнаем ядро атома гелия (-частицу).

Наличие спина означает наличие магнитного момента. Между вращательным импульсом и магнитным моментом должна существовать прямая пропорциональность. При этом магнитный момент может быть либо параллелен, либо антипараллелен спину.

Если спин частицы (сложной или простой) равен то магнитный момент ее может быть записан в виде

где элементарный магнетон, равный масса частицы, безразмерный множитель. Это равенство является обобщением обсужденного на стр. 464 соотношения для электрона. Для этой частицы надо положить равным 2, чтобы получить совпадение с опытом.

Разные частицы (не только сложные, но и элементарные) имеют разные значения Так, например, -фактор нейтрона равен 3,8206, протона — 5,5791.

В элементарный магнетон входит масса частицы. Однако принято пользоваться лишь двумя значениями магнетонов:

магнетоном Бора для легких частиц и ядерным магнетоном (магнетоном, подсчитанным для протона) для тяжелых. Приведенные выше значения -фактора вычислены для

Теории -факторов и магнитных моментов, связывающей эти свойства ядра с его структурой, не существует.