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壳模型和球形核疑难

已有 864 次阅读 2022-9-19 10:04 |个人分类:是问居|系统分类:观点评述

    粒子物理学一直在寻找新物理,发现任何一个与标准模型不一致的实验信号,都会让粒子物理的研究者备受鼓舞。能否发现新物理,是粒子物理学是否能够继续进行研究的关键。一个小的信号偏差,究竟隐含着多么重要的物理意义,也正在成为粒子物理学研究要思考的内容。最近关于W粒子质量偏差的研究已经出现了几十篇的文章解释,我也不知道这类的研究意义在哪里。有人能写文章,有杂志能发表文章,这也许就是科学研究吧。 

    但是这类的风气,似乎完全没有被核物理领域所秉持。核物理比较难,而且研究的小领域众多,而这个领域被支持的力度还很小,导致一些领域的研究者很少。一些传统的研究领域,比如核结构,不被认为是可能出现新问题的。当下的核物理结构方面的前沿几乎都是高能领域了。

    核结构的壳模型真正建立了核结构低能研究的基本框架。由于历史的原因,一些错误的观念也在核结构研究领域流传至今。壳模型出现的时候是上个世纪50年前后,那个时候量子场理论以及后来的重整化思想还在争议之中,当时QED被证明非常成功,但是无法一般性的推广。很显然的是,讨论核结构问题,首先原子核是一个多体的强作用问题,需要一般性的重头计算。壳模型仅仅是在特殊情况下(幻数附近)的多体作用重整化后的结果,在这里单粒子元激发比较明显。而在其他领域,多体作用必然起到支配作用,甚至可能无法用单粒子激发来描述。

    不能用元激发来理解的物理现象,在凝聚态物理中最近二三十年得到了空前的重视,也意识到这种可能。早期的物理学,认为元激发是凝聚态的一种基本现象,而现在几乎已经被否决了。但是这种观念依然根深蒂固的存在于核结构中。

    壳模型一直自诩为核结构的微观模型,是理解一切核结构现象的基础理论。我很难理解这类自以为是的观念,这种观念和当下的物理学研究完全不符,感觉和当下的物理学研究在观念上相差了五十年。

    在壳模型出现的时候,就出现了几何模型,描述了远离幻数的原子核的集体激发模式。这两者之间的关系,虽然研究众多,但是几乎没有确定的结果。在我看来,这类研究缺少理论依据,他们都是强相互作用多体不同的表现,彼此几乎不能相通。虽然壳模型的确可以给出转动谱,但是里面有很大的差别。当然,这仅仅是观点上的差别,最后需要一般性的讨论,但是可能在当下几乎是不可能的。壳模型把自己完全看作所有模型的基础的地位,在我看来是不可取的。

    关键是实验。最近二十年,在低能核结构领域,最重要的发现,就是球形核疑难,这是Heyde和Wood在2011年的《原子核形状共存》的综述中提出来的。结论很简单,就是实验上没有发现球形核。实验上发现了一种新的γ软的转动模式,但是这种模型无法被现有的核结构理论所解释。(直到最近,我才给出了一种可能的理论联系)这个结果很简单,但是和现有的壳模型的一些想法几乎完全冲突,导致很多做核结构理论的研究者无法理解这究竟意味着什么。

    第一,是壳模型的理论基础是球形势中的单粒子运动,虽然这可以推广到非球形,但是对于幻数核,几乎就是球形的。非球形是讨论形变核的。这是很多年来就已经有的一般结论,但是和现有的实验存在某种冲突。如果幻数核一定是球形的,那么就一定存在一种球形核的激发模式,但是实验却不是这样的结果。这个观念和最近Cd核的实验,几乎是完全相冲突的。实验走在了理论的前边,但是做理论的却看不见实验,也不想看到。做壳模型的,似乎完全看不到过去二十年的实验进展,而且给我的感觉也是几乎不了解。因为这类现象没有包含在现有的壳模型的框架中,但是他们似乎对于这个结论完全不知道。壳模型已经形成的僵化看法就是,一个现象不能解释,就是壳模型的空间不够大。如果够大了,就一定能解释。而太大了,可能就算不了。所以不是不能解释,是算不了。这种态度我也不知道该说什么。实际上一些核的价核子数根本不多,即使加上里边的一层,也是可以算的。但是根本算不出来。

   第二,我在相互作用玻色子模型的框架下,改变了这个模型一直讨论问题的方式,引入了三体作用来解释球形核疑难,特别是具有鲜明特点的B(E2)反常问题,这些工作意味着中重核存在重要的三体作用。这类观点已经开始被一些研究者所开始采纳,但是这个观点在壳模型中几乎是被认为是不可能的。我不知道该说些什么,因为很显然,引进三体作用,是壳模型能解释B(E2)反常的唯一途径。在现有的壳模型框架中,根本无法理解这个反常,除了引进三体作用,还能有什么出路呢?我本来不想讨论这类的问题,但是在同行评议中,一些做壳模型的胡扯和对于实验的无知,我也无法做到好像完全没看到。做核结构最好能多了解一下当前的凝聚态的前沿思想。

   当理论和实验冲突的时候,毫无疑问出问题的是理论。当下的壳模型可以说是存在非常多的问题,甚至已经无法解决一些实验上的问题。如果这个模型可以解决B(E2)反常,那么可以依然认为是有价值的。如果无法解决这类问题,那么就应该被淘汰了。当然我认为是可以解决的,就是加入他们认为毫无价值的三体项,而不是进一步的扩大计算空间。核结构是一个非常复杂的多体作用,其理论基础QCD也是极其难以理解的。用一些简单的已有的结论来看待整个核结构研究,怎么看都是落后的。出现了问题,不去解决问题,而是完全无视实验的结果,沉浸在过去的老的观念之中,这种态度是完全不可取的。



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