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B(E2)反常:核结构研究的大BUG (1)2004

已有 2302 次阅读 2022-7-1 14:08 |个人分类:我爱我师|系统分类:科普集锦

    从1932年查德威克发现中子,然后认为原子核是由质子和中子构成开始,核结构研究已经过去90年了。虽然核物理学的研究也依然在向前发展之中,但是核结构领域是名副其实的考古类专业了。

    许多物理学领域的研究者会想当然的认为这个领域已经日暮西山,没有什么有价值的发现了。但是随着核试验技术的不断发展,对于非稳定核的研究的不断展开,新的实验迹象陆续超出传统核结构研究的认知,可以预料在不久的将来,核结构领域有可能再次换发青春。

    B(E2)反常是这领域最近确认的大BUG,它的出现超出了所有核结构领域研究者的预料,而它出现的原因我们依然还不清楚,或者说还没有被确认。

    类似于原子中电子的激发能谱,原子核也存在特定的激发能谱。对于偶偶核来说,就是质子数和中子数都是偶数的原子核,它的基态一定是0+态,说的是它的角动量量子数为0,宇称为正。基于这个基态的振动或转动激发带,我们一般称为Yrast带。

    这个带的第一个2+态和4+态激发的性质毫无疑问对于理解原子核结构的性质是最为关键的。众所周知,对于2+态带激发能量的系统研究,解释了原子核幻数的存在。对于幻数核,它的2+态激发能量会特别高,明显的比它周围的偶偶核的激发能量高的多。对于这个现象的理论解释,就是大名鼎鼎的壳模型,玛丽·戈佩特-迈耶夫人和詹森因为这一杰出贡献而获得了1963年的诺贝尔物理学奖。

    而当远离幻数核的时候,我们会发现2+态的能量会显然逐渐降低,然后4+态和2+态的能量比值会从幻数核的小于1,迅速地变为等于或大于1,最高的时候可以达到比3大,典型的转动谱。在这个过程中,我们认为从幻数核的单粒子激发,往所有价核子的集体激发模式过渡,比值大于1是集体激发的模式。

    而同时,2+态到0+态的电磁四极矩跃迁强度也会逐渐显著增加,4+态到2+态的跃迁强度与前者的比值,也会从小于1,迅速地变为大于1。很多年以来,这类集体模式的同向变化,能级的和跃迁强度的,已经成为了核结构领域的共识。

    如果把幻数附近的核认为是球形的(这一点现在开始变得极其有争议了),那么远离幻数的时候,原子核的形状就会开始形变,更多的是成为一个长椭球形。1975年,阿格.玻尔,莫特尔森和雷恩沃特因为解释了这种形变而获得了诺贝尔物理学奖。

   

    2004年,Carkirli等人正式提出了B(E2)反常的现象,认为存在一些特殊的核,比如98Ru存在特殊类型的电磁四极矩跃迁。这类原子核虽然看起来是球形核的能谱激发模式(在球形核中,4+态的能量是2+态能量的2倍或者多一点,而4+态到2+态的跃迁强度是2+态到基态跃迁强度的2倍,所以非常容易识别),但是4+态到2+态的跃迁强度2+态到基态跃迁强度小很多,是个典型的反常规理论的结果。这种反向变化行为极其稀有,而且核结构理论非常难以解释。

    但是让人可惜的是,这个实验结果是错误的,后来的陆续实验进一步证实98Ru不存在这类反常,是一个常规核。我猜测,这个实验上的错误,导致很多人可能不相信存在B(E2)反常。所以这个特殊的现象是以一个不是确证的开始而开始的。




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