F_apuntes_fisica_nuclear

F´ısica nuclear
Ram´on Niembro
Ampliado por: Benito Marcote
F´ısica Nuclear y de Part´ıculas
Universidad de Cantabria
4o de f´ısica
Santander, 2010

Contenidos
1 Propiedades globales del n´
ucleo
1.1 Introducci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
´
1.1.1 Ordenes
de magnitud y unidades . . . . . . . . . . . . . .
1.1.2 Constituyentes del n´
ucleo . . . . . . . . . . .. . . . . . .
1.2 Descripci´on del n´
ucleo como un sistema cu´antico . . . . . . . . . .
1.2.1 Regla de oro de Fermi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.2 Distribuci´on de carga y de materia . . . . . . . . . . . . .
1.3 Energ´ıa de ligadura. F´ormula semiemp´ırica de masas . . . . . . .
1.3.1 Modelo de la gota l´ıquida y f´ormula semiemp´ırica de masas
1.3.2 T´ermino de asimetr´ıa . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.3 T´ermino de pairing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.4 Consecuencias de la F.S.M. y limitaciones . . . . . . . . .
1.4 Estabilidad nuclear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.4.1 Spin nuclear y paridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.4.2 Estados excitados del n´
ucleo . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.5Propiedades electromagn´eticas del n´
ucleo. Tama˜
nos y formas . . .
1.6 Ecuaci´on de estado nuclear (EOS) . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.6.1 Recapitulaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 Potencial entre dos nucleones
2.1 El deuter´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.1 Funci´on de onda y otras caracter´ısticas . . . . . .
2.1.2 Momento magn´etico ycuadrupolar el´ectrico . . .
2.2 Isoesp´ın . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3 Funci´on de onda de uno y dos nucleones . . . . . . . . .
2.4 V´ıas para obtener informaci´on sobre el potencial nuclear
2.4.1 Simetr´ıas e interacci´on nuclear . . . . . . . . . . .
2.4.2 Construcci´on del potencial nuclear . . . . . . . .
2.4.3 Determinaci´on del potencial por v´ıa te´orica . . . .2.4.4 V´ıa experimental: scattering nucle´on-nucle´on . . .
2.5 Sentido f´ısico y utilidad de la soluci´on . . . . . . . . . . .
2.5.1 Secci´on eficaz de scattering para = 0 . . . . . .
2.5.2 Amplitud de la onda difundida . . . . . . . . . .
2.5.3 Dependencia de σ respecto del spin . . . . . . . .
2.5.4 Longitud de scattering y alcance efectivo . . . . .

3

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CONTENIDOS

4

Unidades y constantes u
´ tiles

c ≈ 197.3 MeV fm

α=

e2
1
≈
(cte. de estructura fina)
4πε0 c
137

1 MeV =⇒ 1010 K

R(fm) ≈ 1.2A1/3 (radio nuclear)

e2
≈ 1.44 MeV fm
4πε0

mp ≈ 1.67 · 10−27 kg ≈ 938 MeV c−2

c ≈ 3 · 1023 fm s−2

me =9.1 · 10−31 kg ≈ 0.5 MeV c−2

CONTENIDOS

6

Cap´ıtulo 1
Propiedades globales del n´
ucleo
1.1

Introducci´
on

Un n´
ucleo at´omico viene caracterizado por el n´
umero total de cagas positivas (protones) que contiene y por el n´
umero total de componentes (part´ıculas) del que consta.
Aqu´ı, se define el n´
umero at´omico Z como el n´
umero de protones que hay en el n´
ucleo,
y el n´
umerom´asico A como el n´
umero de componentes que hay en el n´
ucleo, y que ser´a
igual al n´
umero de protones m´as el n´
umero de neutrones. En general, para n´
ucleos con A
peque˜
no el n´
umero de neutrones es igual al de protones, aunque para n´
ucleos m´as grandes
(con A grande) el n´
umero de neutrones es mayor, incluso en un factor dos o m´as, que el
de protones.
En general, en lo que sigue se...