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tcxuefeng读书笔记——原子核自旋数的判定

tcxuefeng

2012/08/12

核磁共振技术（NMR）

原子核的四个基本物理性质是质量，电性，磁性及自旋，而核磁共振本质上是研究原子核自旋的一门科学。接触多了我们发现，有些核自旋数为1/2，有些为整数，还有些核自旋数为0，有趣的是，还有些书上给出了质子和中子奇偶数对核自旋数的影响，比如当质子中子之和为偶数，拥有整数自旋；为奇数，自旋数为半整数...那么原子的自旋到底是怎么产生的呢？
原子核由质子和中子构成，而质子和中子分别由2种夸克组成，通过胶子粘合在一起。其中上夸克带+2/3e的电量，而下夸克带-1/3e的电量，两个下夸克和一个上夸克组成不带电的中子(n)，两个上夸克和一个下夸克组成带+e的质子(p)。但是夸克本身是带1/2自旋的！而1/2自旋有上下两种方向，方向相反则相互抵消，因此三种夸克组成的n或者p所有可能的自旋数为1/2x3和1/2。事实上，3/2和1/2自旋的n和p都是存在的，但是由于前者能量太高(三种夸克自旋方向相同)而太不稳定，因此我们认为n和p都是1/2核。
原子核由n和p共同组成(H1除外)，正是n和p的自旋数决定了原子核的自旋数。因此n+p为奇数时,无论n和p的自旋如何取向，总自旋必定为奇(也就是半整数自旋)；n+p为偶数，必定为整数自旋。
那么任一给定的原子核，质子和中子的自旋方向排列是否有简单规律呢？答案是无

上图是6Li的各种n,p自旋能级分布()。能量最低的自旋(ground state nuclear spin)为I=1，有意思的是我们稍加计算就会发现，能量最高的总自旋数也是I=1
不过即使如此，还是有一些更深层次的内在规律可以通过n和p的数量来简单判断原子核的自旋数。
1、如果n和p都是偶数，则ground state nuclear spin为0。如C12 n=6,p=6,自旋I=0
2、如果n和p都是奇数，则ground state nuclear spin为大于0的整数。如N14 n=7,p=7,自旋I=1

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sslin

第1楼2012/08/27

这段特别新颖. 我求学阶段, 还没有对 "夸克" 描述得这么清晰. 不知道大家的体会如何!?
tcxuefeng(tcxuefeng) 发表: 质子和中子分别由2种夸克组成，通过胶子粘合在一起。其中上夸克带+2/3e的电量，而下夸克带-1/2e的电量，两个下夸克和一个上夸克组成不带电的中子(n)，两个上夸克和一个下夸克组成带+e的质子(p)。但是夸克本身是带1/2自旋的！而1/2自旋有上下两种方向，方向相反则相互抵消，因此三种夸克组成的n或者p所有可能的自旋数为1/2x3和1/2。事实上，3/2和1/2自旋的n和p都是存在的，但是由于前者能量太高(三种夸克自旋方向相同)而太不稳定，因此我们认为n和p都是1/2核。

0

ca0yan9

第2楼2013/03/08

好好学习，天天向上。。。。快乐。。。。。。。。。。！！

0

亳并晋

第3楼2013/10/24

下夸克电荷是-(1/3)e

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