Kjernenivåer

Kjernenivåer refererer til de kvantemekaniske energitilstandene som protoner og nøytroner (nukleoner) har inni atomkjernen. Energistrukturen er discreet; nukleoner fyller nivåer i et effektpotensial, og energiforskjellene mellom nivåene ligger typisk i keV til MeV-skala. Den mest brukte beskrivelsen er kjernens skallmodell, hvor energinivåene grupperes i skall med spesifikke fyllingsregler. Når skallene er fulle, oppnås ekstra stabilitet, noe som forklarer magiske tall: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126.

Hver kjernenivå er assosiert med bestemte kvantetilstander (n, l, j) og gir opphav til grenser for totalspinn og paritet i kjernen. Grunn-tilstanden i et kjernemodellert system har et bestemt totalspinn og paritet, mens eksiterte nivåer ligger fra noen keV til flere MeV over grunnlinjen. Overganger mellom nivåer skjer primært ved utsendelse av gamma-stråling; livstider varierer fra kort i ns til metastabile tilstander.

Eksperimentelt kartlegges kjernenivåene via gamma-spektroskopi etter beta-nedbrytning eller kjernereaksjoner, og ved måling av spins og pariteter til de tilsvarende tilstandene. Teoretisk behandling omfatter kjernens skallmodell, deformerte skallmodeller som Nilsson-modellen, samt mean-field tilnærminger og residualinteraksjoner. Kjernenivåer er sentrale for å forstå kjernestruktur, stabilitet og prosesser som nucleosyntese.