거울핵

요약 질량수는 같고, 양성자수와 중성자수가 서로 바뀐 한 쌍의 원자핵을 가리킨다. 두 원자핵은 핵력에 의한 에너지는 같지만 질량에 차이가 있다.

경영핵(鏡映核)이라고도 한다. 이론적으로 편리한 양으로서, 중성자수가 양성자수를 초과하고 있는 개수의 2분의 1, 즉

을 사용하면 거울핵은 A가 같으며, T_ξ의 크기는 같고 부호는 반대인 원자핵이다. 예를 들면, 베릴륨핵 ⁶₄Be과 헬륨핵 ⁶₂He은 거울핵, 리튬 ⁶₃Li처럼 Z와 N이 같은 핵을 자체거울핵이라 한다. 거울핵의 결합에너지(질량결손)의 값으로부터 원자핵 반지름에 관한 지식을 얻을 수 있는데, 그 추론은 다음과 같다. 양성자-양성자간의 상호작용과, 중성자-중성자간의 상호작용의 차이는 전자의 정전기적(靜電氣的)인 척력(斥力)의 효과뿐이라고 가정하면(이 가정은 핵력의 하전 불변성으로서 다른 실험에서도 근거를 찾을 수 있다) 양쪽 거울핵에서의 핵력(核力)에 의한 위치에너지 및 운동에너지는 동일해야 한다. 따라서 거울핵의 질량 차이는 다음 두 가지 이유에 기인하게 된다.

하나는 양성자에 비해서 중성자를 많이 포함한 핵(T_ξ가 양)에서는 중성자 1개의 정지질량이 양성자의 질량보다 크기 때문에 그 몫만큼 핵의 질량값이 증가한다. 다른 하나는 양성자가 많은 핵(T_ξ가 음)에서는 정전기에너지가 그 몫만큼 증가한다. H³－He³의 쌍을 제외하면 제2의 효과가 제1의 효과보다 크다. 따라서 원자핵의 하전이 반지름 R인 구(球) 위에 균일하게 분포하고 있다는 가정 하에서 이 질량차의 실측값(예컨대 β붕괴가 서로 변이하는 한 쌍의 거울핵인 경우의 β선의 에너지)으로부터 R을 구할 수 있다. R을 구한 결과는 핵반지름의 공식 R＝A^1/3r₀(r₀＝1.37×10^-13㎝)와 일치한다.