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当下低能核结构领域不可思议的困境(7)不可思议的模型IBM

已有 1934 次阅读 2021-6-10 11:07 |个人分类:心智之旅|系统分类:科普集锦

       构成原子核的质子和中子都是费米子,满足泡利不相容原理,这是壳模型能获得成功的根本原因。在微观模型中,一般的角度就是利用壳外的质子和中子构造费米型的哈密顿量,然后对角化讨论问题。这个思路虽然直接,但是计算起来非常复杂,而且现在看来也是存在问题的。

       所以当Arima和Iachello提出相互作用玻色子模型(IBM)的时候,这个想法实在让人大吃一惊。由于费米子配对的效应,所以原子核的基态是一个超导体,特别是中子数和质子数都是偶数的偶偶核,更加明显。把一个复杂的费米子系统,看成相互作用的玻色子系统,在物理上是一个不可思议的假设。虽然在几何模型中,我们把低能激发看成是原子核的形变变化,这个哈密顿量的确是玻色子型的,但是这个宏观的模型并没有和微观的质子和中子有任何的明显的关系。

       另一方面,由于这是一个代数模型,所以对称性和群论的想法被极大的应用到了核结构中,成为这个领域的强有力的数学技巧。做核结构的学术研究非常困难,一方面是各种程序需要编制,另一方面就是有大量的数学技巧需要掌握。特别是当下这些方面都已经做了许多年的研究,所以这个领域的确越来越不适合硕士生了。哪怕是博士生在这个领域想做出一些有趣的东西,都会变得非常的困难。没有人来指点,这个领域对于圈外的研究者来说是不可能进入的。这个和很多当下的热点前沿领域差别巨大,如果你感兴趣,完全可以自己学习文献做研究。当然这也导致这个领域很难留下新人。中国很多基础研究领域几乎很少甚至没有人来支撑,这是一个非常让人担心的事情。

        在IBM中一个基本的假设,就是费米子配对,对应一个玻色子。常见的玻色子的角动量为0和2。然后利用代数方法,就可以构造哈密顿量。物理上直观的理解,就是偶偶核的基态和低能激发,是由这些玻色子来构成的。这在物理图像上是一个不可思议的图景。这种看到问题的方式,也被利用来理解高温超导。如何理解这些玻色子,一直是一个有趣的问题。

         最简单的IBM中,有三个代数极限,是精确可解的,代表三种原子核的形状,球形、长椭球形和前边说的γ软核。后来在长椭球的基础上推出了扁椭球。一个有趣的事情是,γ软核在长椭球和扁椭球之间。辽宁师范大学的张宇老师讨论了把长椭球和扁椭球直接放在一起的情况,发现这个结果和γ软核区别不大。

         几何模型在讨论一些问题的时候并不方便,一方面讨论问题需要从一个经典的势能假设出发,另方面求解一般情况非常复杂,甚至做不到。IBM在计算上有极大的方便性。所以在解决球形核不存在的问题的时候,也就是说这个核究竟是一个什么样的γ软核的时候,这个模型就会变得更加的强有力。

         这个问题还在讨论之中,没有具体的文章出来之前,具体的细节就不再说了。但是一些其它的线索还是变得更加重要,这就是我一年前对于BE(2)反常的第一个有效的理论解释。

  IBM没有获得诺贝尔奖是一个遗憾的事情。这个模型一个非常强大的方面就是对于γ软核的理解。令人遗憾的是,由于程序计算上的困难,以前的研究没有在γ软性上做出更多的讨论。当我博士毕业以后重新来思考IBM的时候,我就意识到,原子核的γ软性可以被极大的推广。

  (关于BE(2)反常带来的启示,请看下回继续)

       



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