Nuclear Reactions: An Introduction

هسته‌ها و واکنش‌های هسته‌ای یک محیط منحصر به فرد برای بررسی سه (و در برخی موارد حتی هر چهار) نیروی اساسی در طبیعت ارائه می‌دهند. هسته‌ها – عمدتاً با انجام آزمایش‌های پراکندگی با الکترون‌ها، میون‌ها و نوترینوها – به‌عنوان اجسام گسترش‌یافته با ساختارهای داخلی پیچیده هستند: کوارک‌های تشکیل‌دهنده. گلوئون ها که تبادل آنها کوارک ها را به هم متصل می کند. کوارک های دریایی، جفت کوارک-آنتی کوارک مجازی همه جا حاضر و آخرین اما نه کم اهمیت ترین، ابرهای مزون های مجازی، که یک ناحیه هسته ای درونی را احاطه کرده اند، مبادله آنها منبع تعامل نوکلئون-نوکلئون است.

تقابل بین آنها برهمکنش (بیشتر جذاب) هادرونیک نوکلئون-نوکلئون و نیروی دافعه کولن مسئول وجود هسته است. درجه پایداری آنها، که در جزئیات و محدودیت های نمودار هسته ها بیان می شود. ساختار غنی آنها و تنوع تعاملات آنها. علیرغم موفقیت‌های چشمگیر مدل‌های هسته‌ای کلاسیک و رویکردهای اولیه، مشخصاً هیچ پایانی برای پیشرفت‌های نظری یا تجربی همانطور که نشان داده شده است، وجود ندارد. با توجه به نیاز اخیر به معرفی برهمکنش‌های پیچیده‌تر سه جسمی برای ارائه تصویری بهتر از ساختار و واکنش‌های هسته‌ای. با این حال، معلوم شد که ساختار داخلی نوکلئون‌ها تأثیر نسبتا کمی بر رفتار نوکلئون‌ها در هسته‌ها دارد و فیزیک هسته‌ای - به ویژه ساختار و واکنش‌های هسته‌ای - به خودی خود یک رشته علمی است، بدون توسل زیاد به زیر هسته‌ای. درجات آزادی.

این کتاب مطالب ضروری را جمع آوری می کند که در قالب یادداشت های سخنرانی در دوره های فیزیک هسته ای برای دانشجویان تحصیلات تکمیلی دانشگاه کلن ارائه شده است. این روش از رویکرد دوره پیروی می کند و موضوع را با ترکیب واقعیت های تجربی و روش ها و ابزارهای تجربی با دانش نظری پایه منتقل می کند. تاکید بر اهمیت اسپین و تکانه زاویه‌ای مداری (مثلاً منجر به کاربردها در تحقیقات انرژی، مانند همجوشی با هسته‌های قطبی شده) و تعریف عملیاتی قابل مشاهده‌ها در فیزیک هسته‌ای است. مسائل انتهای فصل بیش از هر چیز برای توضیح و جزئیات ایده های فیزیکی است که نمی توانند با جزئیات کامل در متن اصلی ارائه شوند.

فرض بر این است که خوانندگان دانش کاری مکانیک کوانتومی و دانش پایه دارند. درک هر دو سینماتیک غیر نسبیتی و نسبیتی. مورد دوم به ویژه پیش نیازی برای تفسیر واکنش های هسته ای و ارتباط با ذرات و فیزیک انرژی بالا است.

Nuclei and nuclear reactions offer a unique setting for investigating three (and in some cases even all four) of the fundamental forces in nature. Nuclei have been shown – mainly by performing scattering experiments with electrons, muons and neutrinos – to be extended objects with complex internal structures: constituent quarks; gluons, whose exchange binds the quarks together; sea-quarks, the ubiquitous virtual quark-antiquark pairs and last but not least, clouds of virtual mesons, surrounding an inner nuclear region, their exchange being the source of the nucleon-nucleon interaction.

The interplay between the (mostly attractive) hadronic nucleon-nucleon interaction and the repulsive Coulomb force is responsible for the existence of nuclei; their degree of stability, expressed in the details and limits of the chart of nuclides; their rich structure and the variety of their interactions. Despite the impressive successes of the classical nuclear models and of ab-initio approaches, there is clearly no end in sight for either theoretical or experimental developments as shown e.g. by the recent need to introduce more sophisticated three-body interactions to account for an improved picture of nuclear structure and reactions. Yet, it turns out that the internal structure of the nucleons has comparatively little influence on the behavior of the nucleons in nuclei and nuclear physics – especially nuclear structure and reactions – is thus a field of science in its own right, without much recourse to subnuclear degrees of freedom.

This book collects essential material that was presented in the form of lectures notes in nuclear physics courses for graduate students at the University of Cologne. It follows the course's approach, conveying the subject matter by combining experimental facts and experimental methods and tools with basic theoretical knowledge. Emphasis is placed on the importance of spin and orbital angular momentum (leading e.g. to applications in energy research, such as fusion with polarized nuclei) and on the operational definition of observables in nuclear physics. The end-of-chapter problems serve above all to elucidate and detail physical ideas that could not be presented in full detail in the main text.

Readers are assumed to have a working knowledge of quantum mechanics and a basic grasp of both non-relativistic and relativistic kinematics; the latter in particular is a prerequisite for interpreting nuclear reactions and the connections to particle and high-energy physics.