Фракция разветвления

В физике элементарных частиц и ядерной физике доля ветвления (или коэффициент ветвления ) распада — это доля частиц, которые распадаются по индивидуальному режиму распада, или по отношению к общему числу частиц, которые распадаются. Это относится либо к радиоактивному распаду атомов частиц , либо распаду элементарных к . ^[1] Она равна отношению постоянной частичного распада к общей константе распада . Иногда частичный период полураспада указывается , но этот термин вводит в заблуждение; из-за конкурирующих режимов неверно, что половина частиц распадется через определенный режим распада после его частичного периода полураспада . Частичный период полураспада — это просто альтернативный способ указать константу частичного распада $λ$ , причем они связаны следующим образом:

t_{1/2}={\frac {\ln 2}{\lambda }}.

Например, для распадов ¹³²Cs , 98,1% — это ε ( захват электрона ) или β ⁺ ( позитрон ) распадается, а 1,9% составляют β ⁻ ( электрон ) распадается. Частичные константы распада можно рассчитать по коэффициенту ветвления и периоду полураспада. ¹³²Cs (6,479 д), они составляют: 0,10 д ⁻¹ (е + б ⁺) и 0,0020 д ⁻¹ (б ⁻). Частичный период полураспада составляет 6,60 дней (ε + β ⁺) и 341 д (β ⁻). Здесь очевидна проблема с термином «частичный период полураспада»: через (341+6,60) дней почти все ядра распадутся , а не только половина, как можно было первоначально подумать.

К изотопам со значительным разветвлением режимов распада относятся медь-64 , мышьяк-74 , родий-102 , индий-112 , йод-126 и гольмий-164 .

Ветвящиеся доли атомных состояний

В области атомной, молекулярной и оптической физики доля ветвления относится к вероятности распада на определенные более низкие энергетические состояния из некоторого возбужденного состояния. Предположим, мы осуществили переход в атомной системе в возбужденное состояние $|e⟩$ , которое может распасться либо на основное состояние $|g⟩$ , либо на долгоживущее состояние $|d⟩$ . Если вероятность распада (доля ветвления) в $состояние |g⟩$ равна ⁠ $p$ ⁠ , то вероятность распада в другое состояние $|d⟩$ будет равна ⁠ $1-p$ ⁠ . ^[2] Дальнейшие возможные распады будут разделены соответствующим образом, и их вероятности в сумме будут равны 1.

В некоторых случаях вместо доли ветвления используется коэффициент ветвления. В этом случае коэффициент ветвления — это просто отношение долей ветвления между двумя состояниями. Если использовать наш предыдущий пример, если доля ветвления до состояния $|g⟩$ равна ⁠ $p$ ⁠ , то коэффициент ветвления, сравнивающий скорости перехода с $|g⟩$ и $|d⟩,$ будет равен ⁠ ${\frac {p}{1-p}}$ ⁠ .

Измерение

Доли ветвления можно измерить различными способами, включая регистрацию флуоресценции атома с временным разрешением во время серии перемещений населения в соответствующих состояниях. ^[3]^[2]

Примерная процедура измерения трехуровневой $Λ$ -системы, которая включает основное состояние $|g⟩$ , возбужденное состояние $|e⟩$ и долгоживущее состояние $|d⟩$ , выглядит следующим образом:

Сначала подготовьте все атомы в основном состоянии. Затем включается лазер накачки, который управляет переходом между основным состоянием и возбужденным состоянием, а фотоумножитель (ФЭУ) используется для подсчета «синих фотонов», излучаемых во время перехода. Запишите подсчитанный синий фотон $N.$ как

Каждый раз, когда атом переходит в возбужденное состояние, у него есть вероятность ⁠ $1-p$ ⁠ распада до долгоживущего состояния. Следовательно, пока включен лазер накачки, все больше и больше атомов окажется в долгоживущем состоянии, где с ними не сможет справиться охлаждающий лазер.

После того, как все атомы перейдут в $состояние |d⟩$ , примените лазер перенакачки, который управляет переходом между $|d⟩$ и $|e⟩$ . Во время этого процесса каждый атом излучает один синий фотон. Обозначим количество синих фотонов, испускаемых во время этого процесса, как $n$ .

Тогда доля ветвления для $|e⟩$ убывает до $|g⟩$ есть

p={\frac {N}{N+n}}.

Ссылки

^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) « Дробь ветвления ». два : 10.1351/goldbook.B00725
^ Jump up to: ^а ^б Рамм, Майкл; Пруттиварасин, Танед; Кокиш, Марк; Талукдар, Ишан; Хеффнер, Хартмут (12 июля 2013 г.). «Метод прецизионного измерения долей ветвления возбужденных состояний P(1/2) применительно к 40Ca+» . Письма о физических отзывах . 111 (2): 023004. arXiv : 1305.0858 . doi : 10.1103/PhysRevLett.111.023004 . ISSN 1079-7114 . ПМИД 23889393 .
^ Чжан, Хелена; Гутьеррес, Майкл; Лоу, Гуан Хао; Райнс, Ричард; Стюарт, Жюль; Ву, Тайлин; Чуанг, Исаак (15 декабря 2016 г.). «Итеративное прецизионное измерение коэффициентов ветвления применительно к 5 P-состояниям в 88 Sr+» . Новый журнал физики . 18 (12): 123021. arXiv : 1605.04210 . дои : 10.1088/1367-2630/aa511d . ISSN 1367-2630 .

Внешние ссылки

Проект изотопов LBNL
Группа данных о частицах (списки по физике элементарных частиц)
Данные о ядерной структуре и распаде - МАГАТЭ по ядерным распадам

[1] ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) « Дробь ветвления ». два : 10.1351/goldbook.B00725

[:0-2] Jump up to: ^а ^б Рамм, Майкл; Пруттиварасин, Танед; Кокиш, Марк; Талукдар, Ишан; Хеффнер, Хартмут (12 июля 2013 г.). «Метод прецизионного измерения долей ветвления возбужденных состояний P(1/2) применительно к 40Ca+» . Письма о физических отзывах . 111 (2): 023004. arXiv : 1305.0858 . doi : 10.1103/PhysRevLett.111.023004 . ISSN 1079-7114 . ПМИД 23889393 .

[3] Чжан, Хелена; Гутьеррес, Майкл; Лоу, Гуан Хао; Райнс, Ричард; Стюарт, Жюль; Ву, Тайлин; Чуанг, Исаак (15 декабря 2016 г.). «Итеративное прецизионное измерение коэффициентов ветвления применительно к 5 P-состояниям в 88 Sr+» . Новый журнал физики . 18 (12): 123021. arXiv : 1605.04210 . дои : 10.1088/1367-2630/aa511d . ISSN 1367-2630 .

[1]

[2]

[3]