Bir çekirdeğin toplam açışal momentumu genel olarak “I” sembolü ile gösterilir ve nükleer spin olarak adlandırılır. Bir atomda bulunan elektronlar için ise , elektron spini ve yörünge açışal momentumu birbirinden farklı iki kavramdır ve bunların toplamı, toplam açışal momentumu verir. Fakat çekirdek çoğu zaman özgün açışal momentum I’ ya sahip tek varlık gibi davranır. Her bir nükleer spine , çevresindekilerle manyetik etkileşme sağlayan bir nükleer manyetik moment eşlik eder.
Tek proton ve nötronların nükleer spini , ½ spin ve buna eşlik eden manyetik momentle elektronun spinine benzerlik gösterir. Manyetik momentleri elektronununkinden çok daha küçüktür. Proton ve nötronların çekirdek içerisinde bir arada olduğu durum ise çok daha komplikedir.
Bir arada bulunan proton ve nötronların (bunlar fermiyondur) karakteristiktik bir özelliği şöyledir : kütle numarası A ‘nın tek sayı olan çekirdekler buçuklu spine ve çift sayı olanlar ise tam sayı spine sahiptir. Nükleonların (proton ,nötron) açışal momentumunun çiftler oluşturmaya meyilli olduğu fikri , çift Z(proton) ve N(nötron)’ye sahip tüm çekirdeklerin nükleer spininin I =0 olması ile desteklenir. Örneğin , aşağıda bulunan Fe çekirdeği (demir) nükleer data tablosunda , çift sayıda nötron ve protona sahip tüm çift A’ya sahip çekirdeklerin spini I = 0 ’dır. Tek sayı A’ya ve buçuklu spine sahip olan çekirdekler , bu spinin tek sayı nötron sayısından kaynaklandığını gösterir.
kütle (u) |
MeV |
||||||||
Nükleer Manyetik Moment
Bir çekirdekte her bir nükleer spine eşlik eden bir manyetik moment ve buna eşlik eden bir açışal momentum vardır. Çoğu zaman bu manyetik momentler , elektronun spin manyetik momenti ve yörünge açışal momentumuna paralel bir şekilde açıklanır.
Elektron için manyetik momentler Bohr magneton’ u adı verilen bir birimle ifade edilir. Bohr magneton’ u açışal momentumun kuantize olmasından türetilir.
Genel olarak deneylerde ölçülen nicelik manyetik momentin z bileşenine orantılıdır(uygulanan manyetik alanın yönündeki bileşen). Bu durumda “gyro-manyetik oran” ve ya “g-faktörü” adı verilen bir nicelik kullanılır. Yörünge için g-faktörü gL = 1, fakat elektron spini için g-faktörü gS = 2 ‘dir.
Çekirdek için olan durumda da buna paralel bir durum takip edilir. Nükleer manyetik moment nükleer spin cinsinden gösterilir ve bu durumda nükleer magneton adı verilen yeni bir birim tanıtılır.
I =1/2 spine sahip serbest proton ve nötronlar için manyetik momentler şu şekildedir :
Burada proton icin g = 5.5856947 ve nötron icin g = -3.8260837 +/- 0.0000018
2014 yılında yapılan bir direk ölçümde protonun manyetik momenti 2.792847350 nükleer magneton olarak ölçüldü(Mooser et al,Nature,May 29,2014).
Protonun g faktörü elektronun g faktörü gS =2 ‘den çok daha büyüktür. Yükü olmayan nötronun bile büyük bir manyetik momenti vardır. Nötron için bu durum kendisinin toplam yükü sıfır eden yüklü parçacıklardan oluştuğunu gösterir. Daha önce protonun g faktörünün g =2 ve nötronun g faktörünün g =0 olduğu tahmin ediliyordu . Fakat bu rakamların ölçülen değerlerden farklı olması kuark yapısının var olduğunu işaret etti.
Kaynak : http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Nuclear/nspin.html
resim : https://fbarradass.wordpress.com/2012/01/02/cuidadito-con-las-analogias-1/
