[科普中国]-核能级

定义

核能级的性质取决于核子间的相互作用，有强相互作用（核力）及电磁相互作用。由于核力和电磁力都具有转动不变性和空间反演不变性，因此角动量I和宇称π都是原子核的好量子数（即守恒量量子数），它们是除标记能量以外还标记能级的量子数。除了稳定核的基态外，所有的核能级都是不稳定的，它们可以通过强作用发射核子、核子集团或其他强子，通过电磁作用发射γ光子或通过弱作用发射电子和中微子，并衰变到较低能态或邻近核素的激发态或基态，因而不稳定的核能级都有一定的平均寿命τ和一定的宽度Γ，并遵从不确定关系。Γ的变化范围很大，从几兆电子伏特（MeV）到远小于1电子伏特（eV）。

一般能量越高，能级越宽，以致互相重叠，能级进入连续区。核能级的平均寿命或能级宽度可根据核模型来计算；实验上测量了核能级平均寿命或宽度可以检验理论模型。

它们直接反映核子间的相互作用以及原子核多体系统的运动规律。目前对于核能级的性质已有了一定的理解，特别是对低激发能级的性质已有了较好的理解。

能级标定原子核能级的性质决定于核子间的相互作用，后者主要包括强相互作用（即核力）及电磁相互作用。在一个多体系统中，粒子间的相互作用所具有的不变性能为这个多体系统提供了好的量子数。由于核力和电磁力都具有转动不变性及空间反射不变性，所以角动量和宇称都是原子核的好量子数（即守恒量量子数），它们是除能量以外标定能级的最基本的量子数。此外，核力还较好地满足同位旋空间转动不变性，但电磁力不具有这种不变性。所以在后者所起的作用不大的情况下，例如在轻核中，同位旋仍是一个近似的好量子数(见原子核)，用它来标定能级是有意义的。

能级宽度除了稳定核的基态外，所有原子核的能级都具有一定的宽度 。这是因为它们可以通过强相互作用发射核子、核子集团或其他强子；通过电磁作用发射 γ光子；或通过弱相互作用发射电子和中微子并衰变到较低的态或邻近的核的激发态或基态上。由于能级寿命与宽度有测不准关系的限制，所以一切不稳定的能级都具有一定的宽度寗。

激发性质从原子核的衰变、反应性质和核结构理论可判定某一能级的激发性质。典型的激发有两类：一类是单粒子激发（或单空穴激发），例如在某些奇核中,奇核子从一个单粒子态跃迁到另一个单粒子态。另一类是集体性质的激发，它是由许多单核子激发的相干叠加而成的激发。能级的各种激发方式直接反映了原子核结构的特性。理论上的分析可见核壳层模型和综合模型。

原子核能级及其分布是个极为复杂的问题，它涉及到核多体系统内部的运动规律及新的自由度的出现。随着能量的升高，不同类型的自由度相继被激发，连续谱同分立谱还可以重叠（如同位旋相似态），此外，核子激发态及其他重子也可以在核内出现，构成新的能级。目前这些方面的知识还是很不成熟的。

能级能级指的是微观粒子系统(如原子、原子核或其它多粒子体系)所取的不连续的定态能量值。可用 一些高度按能量大小不同并顺序排列的分立线表示，称做能级图。能级中最低的状态为基态，亦称正常态，为最稳定的状态，其余皆为激发态。

能级是量子力学中最普遍的一种性质，它表示了能量的不连续性。玻耳对氢原子光谱作分析时，曾根据原子行星模型用经典运动规律和普朗克的量子概念阐明原子的结构形式，他认为，电子绕核运动有一定轨道，只有这些轨道是稳定的，在这些轨道上，原子具有一定能量，这些不连续的能量值即构成能级。原子在能级间的跃迁，将发射或吸收一定频率的光。量子力学建立后，由薛定锷方程的解及边界条件的性质可自然地得到能级。用量子力学的语言来说，能级是哈密顿算符的本征值，这种本征值可分为不连续与连续的两种能级。