(۴-۳۶)
با در نظر گرفتن مولفههای اسپین تابع موج دوترون به شکل زیر خواهد بود.
(۴-۳۷)
در این رابطه حاصلضرب با بهره گرفتن از رابطه (۴-۳۵) به صورت زیر در خواهد آمد.
(۴-۳۸)
که جمعاً جمله خواهد بود که به صورت زیر خلاصه شده است.
(۴-۳۹)
جمله نیز شامل ۸۱ جمله خواهد بود که با تعویض از حالت قبل به دست می آید.
۴-۴-۲- محاسبه گشتاور دو قطبی مغناطیسی دوترون
در غیاب حرکت اربیتال مقدار حرکت گشتاور مغناطیسی دوترون به طور ساده مجموع برداری شش کوارک تشکیل دهنده آن میباشد.
(۴-۴۰)
این عبارت به ویژگیهای طعم کوارک ( زیرا کوارکهای u و d گشتاور مغناطیسی متفاوتی دارند) و به ترکیب اسپین (چون جهت نسبی شش دو قطبی را تعیین می کند) بستگی دارد.
گشتاور دو قطبی ذرهای با اسپین ، بار q و جرم m عبارت است از:
(۴-۴۱)
در مکانیک کوانتومی، گشتاور مغناطیسی قابل مشاهده، به طور عملیاتی در راستای بزرگترین مولفه تکانه زاویهای تعریف می شود [۲۶].
اندازه رابطه (۴-۴۱) برابر است با ، دقیقتر بگوییم این اندازه در حالت اسپین بالاست که برای آن . برای کوارک داریم
(۴-۴۲)
بنابراین گشتاور دوقطبی مغناطیسی دوترون با رابطه زیر داده می شود؛
(۴-۴۳)
تابع موج دوترون در معادله (۴-۳۹) آمده است. جمله اول برابر و حالا:
(۴-۴۴)
بنابراین مقدار انتظاری گشتاور مغناطیسی ناشی از جمله اول برابر است با:
(۴-۴۵)
برای تکتک جملات به همین صورت محاسبه میکنیم، که نتیجه به صورت زیر است.
(۴-۴۶)
همچنین برای جمله دیگر همین مقدار به دست خواهد آمد.
(۴-۴۷)
بنابراین گشتاور دو قطبی مغناطیسی دوترون با رابطه زیر داده می شود.
(۴-۴۸)
(۴-۴۹)
(۴-۵۰)
مگنتون هستهای است، جرم پروتون و جرمهای کوارکهای u و d است [۴۵].
اگر عدد به دست آمده را با مقدار مشاهده شده تجربی یعنی مقایسه کنیم سازگاری خوبی یافت می شود. در مدل پوستهای با در نظر گرفتن اینکه دوترون در حالت پایه است، مقداری که برای گشتاور دو قطبی مغناطیسی دوترون به دست آمده است برابر با است. با مقایسه معلوم می شود که مقداری که در اینجا به دست آوردهایم به مقدار تجربی آن نزدیکتر است. در مدل پوستهای برای اینکه سازگاری با مقدار طبیعی بیشتر شود فرض می شود که اتم تنها در حالت نباشد بلکه تابع موج با حالت مختلط شده است [۴۸]. مقدار عددیی که برای جرم کوارک در نظر گرفته شده، در واقع جرم موثر متوسط کوارکهای بالا و پایین در درون باریونهاست، این امر ما را به سوی این موضوع رهنمون ساخت که کوارکهای سازنده دوترون میتوانند علاوه بر نوکلئونها دیگر باریونها را نیز تشکیل دهند. با در نظر گرفتن خصوصیات معلوم دوترون، باریونهایی که احتمال تشکیل آنها در دوترون وجود دارد را مشخص میکنیم و بر این اساس گشتاور دو قطبی مغناطیسی دوترون را محاسبه میکنیم.
محاسبه گشتاور دو قطبی دوترون با در نظر گرفتن امکان تشکیل باریونهای ، ، ، ، p و n
دوترون که از سه کوارک up و سه کوارک down تشکیل شده است فرض می شود که این شش کوارک کاملاً در درون دو نوکلئون مقید نیستند بلکه فرض می شود که این دو باریون به کوارکهای سازندهیشان شکسته میشوند و سپس دو باریون دیگر تشکیل می شود این دو باریون لزوماً دو نوکلئون یا دو باریون قبلی نیستند. تعداد زوج باریونهایی که که میتوان از این شش کوارک تولید کرد شامل زوجهای ذیل میباشد.
(۴-۵۱)
دوترون دارای بار الکتریکی واحد است و این شرط در نوشتن زوج باریونهای تشکیل شده دخالت داده شده است. اگر چه جرم باریونهای دلتا بیشتر از جرم نوکلئونهاست و انرژی بستگی دوترون تنها کمی بیشتر از است و نمیتواند جوابگوی این اضافه جرم باریونهای دلتا به نسبت نوکلئونها باشد، اما با در نظر گرفتن اصل عدم قطعیت هایزنبرگ[۳۴] بین تغییرات انرژی و تغییرات زمان چنین امکانی عملی خواهد شد. باریونهای دلتا از طریق نیروی قوی واپاشی می کنند و نیمه عمر آنها برابر با است و بنابراین تغییر انرژی آنها، با در نظر گرفتن رابطه ، می تواند چند صد مگا الکترون ولت باشد. حال تابع موج دوترون طوری باید نوشته شود که تمام حالتهای ممکن تشکیل دو باریون در آن لحاظ شود. بنابراین تابع موج دوترون به شکل زیر است.
(۴-۵۲)
در اینجا مربع ضریب هر جمله بیانگر احتمال تشکیل دوترونی است که از زوج باریون مورد نظر ساخته شده است به عنوان نمونه احتمال تشکیل دوترون ساخته شده از باریونهای و است و . . . . این ضرایب در ادامه محاسبه شده اند. مشابه معادله (۴-۲۷) تابع موج هر زوج باریون رابه شکل زیر مینویسیم
(۴-۵۳)
در اینجا و تابع موج هر کدام از باریونهای تشکیل شده در درون دوترون می تواند باشد. بنابراین تابع موج دوترون به صورت زیر گسترده می شود.
(۴-۵۴)
این تابع موج طوری نوشته شده است که نسبت به جابجایی هر دو باریون پاد متقارن میباشد. تابع موج دوترون همچنین از چهار قسمت اسپین، طعم، فضا و رنگ ساخته شده است؛ مانند معادله (۴-۲۵). بنابراین هر جمله از معادله (۴-۵۲) باید به صورت معادله (۴-۲۵) نوشته شود. در اینجا بحثهایی که در قسمت قبل راجع به قسمت فضایی و قسمت رنگ تابع موج گفته شد نیز صادق است. با فرض اینکه دوترون در حالت پایه است، یعنی بنابراین قسمت فضایی تابع موج متقارن است. قسمت رنگ تابع موج به خاطر یگانه بودن رنگ برای هر باریون پاد متقارن خواهد بود. بنابراین حاصلضرب قسمت اسپین و قسمت طعم تابع موج هر باریون باید متقارن باشد. بنابراین انتخاب تابع موج اسپینی و طعم باید این امر را برآورده سازد. در مورد نوکلئونها این قسمت از تابع موج در قسمت های قبلی این فصل محاسبه شده است. به خاطر اینکه نوکلئونها دارای اسپین هستند از ترکیبهای آمیخته اسپینی و طعمی استفاده شد، تا یک تابع متقارن به دست بیاید. در مورد باریونهای دلتا، ، شرایط متفاوت است. این باریونها دارای اسپین هستند و در ساخت تابع موج اسپینی آنها از رابطه (۴-۲۹) استفاده خواهد شد. همانطور که از این رابطه مشاهده می شود نسبت به جابجایی هر دو ذرهای متقارن میباشد. بنابراین قسمت طعم تابع موج برای باریونهای دلتا نیز باید متقارن در نظر گرفته شود؛ تا حاصلضرب این دو قسمت از تابع موج متقارن باشد. در نظر داشته باشیم که قسمت رنگ تابع موج پاد متقارن است. حال حاصلضرب برای باریون به شکل زیر است.
(۴-۵۵)
در اینجا تابع طعمی که برای باریون استفاده شده به صورت است. سادگی آن به خاطر یکسان بودن سه کوارک تشکیل دهنده آن میباشد. برای سه باریون دیگر به همین طریق حاصلضرب را حساب میکنیم آنها در زیر آورده شده است. برای قسمت آنها از رابطه (۲۹-۴) استفاده می شود.
(۴-۵۶)
حال معادله (۴-۵۴) را برحسب اسپین و طعم کوارکهای تشکیل دهنده آن گسترش میدهیم. برای این منظور باید در نظر داشته باشیم که اسپین دوترون برابر با یک است. این شرط محدودیتی بر روی ساخت تابع موج اعمال خواهد کرد. دو باریون دلتا که هر کدام دارای اسپین هستند وقتی که با هم یک سیستم تشکیل می دهند میتوانند دارای اسپین ۰، ۱، ۲ و ۳ باشند. تنها حالتی را در نظر میگیریم که اسپین برایند برابر با یک شود. همانطور که قبلاً در این فصل بیان شد، در مکانیک کوانتومی، گشتاور مغناطیسی قابل مشاهده را به طور عملیاتی در راستای بزرگترین مؤلفه تکانه زاویهای تعریف می کنند. چون هدف به دست آوردن گشتاور دو قطبی مغناطیسی است، بنابراین تنها مؤلفهای از تابع موج دوترون را محاسبه میکنیم، که مؤلفه اسپین آن یک باشد. بنابراین با در نظر گرفتن تابع موج دوترون که مؤلفه z آن برابر با یک باشد، جملات معادله (۴-۵۲) به صورت زیر در می آید.
(۴-۵۷)
(۴-۵۸)
(۴-۵۹)
(۴-۶۰)
(۴-۶۱)