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B(E2)反常:核结构研究的大BUG (11)问题

已有 2128 次阅读 2022-7-6 12:03 |个人分类:我爱我师|系统分类:科普集锦

    和粒子物理领域的发展不同,核结构领域虽然经过了90年的发展,理论方面依然是千疮百孔,特别是过去20年,实验走在了理论的前面,出现了一堆的理论反常。系统性的标记有几个,我关注其中最醒目的两个方面,一个是球形核疑难,实验上几乎把传统的球形核集体激发模式彻底的否决了,第二个就是B(E2)反常,以一种特殊的方式对于传统的核结构理论提出了挑战。

    原子核由质子和中子构成,这些中子和质子通过彼此的排斥和吸引,构成了一个复杂的量子多体问题。原子核的体积和核子数成正比,意味着这些核子紧密堆叠在一起,构成了一个大小尺度在10e-15 m量级的微小体积中。量子效应意味着这些核子在这个微小的体积高速运动,所以相对论效应明显。在讨论壳模型中,自旋-轨道的强耦合就意味着这一点。

    核子是有大小的,因为我们已经很清楚,不管是质子和中子,都是由夸克组成的,所以核子本身就是一个多体问题,非常复杂。核子和核子之间的作用,是一种衍生出来的作用,这些都为理解核结构问题制造了各种困难。壳模型制造了一种很神奇的看待原子核的方式,如果不是幻数的存在,可能这种平均场的方式让人很难接受。

    这因为核子是费米子,在能量不是太高的时候,这类粒子构成的系统是一个低熵的系统。壳模型给我们的物理图像是,所有的核子都围绕原子核的中心旋转,和原子中电子围绕原子核运动有些相似。

    这个结果是讨论核结构问题的常见的出发点。当然,我们能意识到这个看法和我们直接理解构成原子核的那些核子的时候不太一样。直接的理解方式是,核子彼此之间粘合在一起,核子的大小和形状对于理解原子核是必须的。这里边的关键是,由于核子的高速运动,那么问题就变成了如何运动会让这些核子的能量最低呢?平均场的能量不一定是最低的。

    核子能够聚在一起,每个核子所受到的力几乎都是平衡的,这一点很重要。而运动下的平衡方式,是导致我们理解这类群体行为的关键。当这些核子像刚体那样整体的转动的时候,似乎是看起来最简单的方式。

    当我们考虑一个核子的时候,这便和固体物理的一些常识相符合,它的周围会围绕12个核子,在一个面上会有6个核子围绕这个核子旋转,这是一个很有意思的看待原子核的方式,我认为这是被以前所忽略的。我希望能够从这个角度,建立一个新的核机构模型。

     相互作用玻色子模型(IBM)的出现,导致一种看待原子核不同的方式。由于强的吸引作用,很容易清楚,两个核子容易配对。这类超导现象在很早就开始讨论,但是IBM认为这些核子对是玻色子,这让人非常奇怪。如果不是这种理论很好的解释了实验,可能无人会轻易的相信这种想法。所以IBM和壳模型差别极大,它只能讨论集体激发,而不能讨论单粒子激发(这类观念我最近可能有一些反对的看法,但是这需要很多的进一步的思考)。一方面,在本质上,原子核就是一个多体相互作用的结果,所谓的壳模型是在某种情况的一种表现,这种单粒子的理解不是那么简单。原子核本身就是集体作用。

     对于壳模型,我一直怀有深深的疑问。IBM中的单体作用,实际上就是壳模型的对立作用,是两体作用。IBM的两体作用,就是壳模型下的四体作用!如果谈到三体作用,那么在壳模型下就是6体作用,所以两个模型差别极大。我对两个模型之间存在必然的更深关系,是很怀疑的。IBM的这一点,被当时的一些人所反对,这也是导致这个模型最终没有获得诺贝尔奖的一个很重要的方面。当时如果我们认为核子对是存在的,那么这种理论几乎就是必然的。

      B(E2)反常的出现,对于壳模型提出了严格的挑战。我不知道做壳模型的人是如何看待这个问题的,或者是如何解决这个问题的,因为从来没有沟通过。这个研究当然是非常重要的,如果能解决,那么意味着平均场的观念依然是有效的。如果不能解决,意味着我们理解原子核的方式从一开始就存在了一些误解。

     除了IBM,我对其他的核模型都知道的很少。在后面的研究中,可能会更多的涉及到这个方面,不管如何,这都是需要解决的问题。




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1 杨正瓴

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