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球形核疑难:开启核结构研究的新时代

已有 2300 次阅读 2022-10-15 13:11 |个人分类:我思故我在|系统分类:观点评述

    如果说核结构领域除了相互作用玻色子模型以外(让人遗憾的是该领域的创立者之一Arima已经去世),哪一项工作还具有诺贝尔物理学奖的水平,我认为就是Garrett,Wood和Yates的关于球形核疑难的系列的实验工作,这些工作深刻的改变了我们对于核结构形状和结构演化的理解方式,改变了1949年开始的球形势的壳模型下所支配的对于核结构的理解。

     2011年,Heyde和Wood在近代物理评论上发表了他们的形状共存三部曲的第三篇综述《原子核中的形状共存》,在这篇文章中他们详细的讨论形状共存的最新发展。而就在这篇文章中,他们第一次指出了Cd疑难问题,这是球形核疑难问题第一次在最权威的综述文章中出现。他们把Cd疑难称为未解决的问题,指出:“在低能下,Cd同位素的结果,否定了振动行为,开启了理解原子核激发0+态的本性的整个课题。”那个时候该问题才开始被正式对待,所以在该文献中亦是一笔带过。    

          在纪念Rainwater, Bohr和Mottelson的几何模型的系列文章中,三人发表了两篇文章,进一步对球形核疑难给出了详细的看法。     

      首先是2016年Heyde和Wood发表的综述:“原子核形状:从早期的想法到多形状共存结构”,在这篇文章中,多处提到球形核疑难。在第一页,他们指出“形变已经成为了一种主要观测到的激发模式,使得刚性球形核成为一个例外。”       

            在第八页,他们说道:“低能四极矩振动的出现.....现在被严格的被质疑。”“对于原子核中低能四极矩振动的质疑是相对比较新的进展。” 

     在第十一页,他们进一步阐述:“原子核形状的正在出现的情景是,四极矩形变对于获得原子核结构的统一观点是基础的。”“需要观点上的变化:球形是一类特殊的形变。因此我们认为参考框架在基础的层面上是一种形变的多体系统。”

    随后,Garrett,Wood和Yates在2018年发表了综述文章《从互补的原子核谱的方法中看原子核集体性的关键洞见》,整篇文章讨论的主题就是球形核疑难。文章用翔实的实验数据指出传统上一直认为的球形核的振动模式是不存在的。

        我在18年底开始接触球形核疑难,这个实验结果让我很是震惊。我意识到,这些实验结果意味着以前看待原子核的方式从根本上就是错误的,而这种错误却持续了70年。在没有具体实验结果的前提下,我们相信一个没有直接验证的结果相信了70年。而依然有大量的核结构学者在这种错误的观念上发表文章,因为一直以来的研究都是在传统的观点上进行的。问题出现在了哪里呢?实验数据是可靠的,但是没有多少人愿意面对这些结果。甚至很多人都不知道这些实验结果,在一些人眼中也没有意识到理论和实验之间存在的鸿沟,没有意识到问题的严重性。

    我尝试在相互作用玻色子模型的框架中来寻找新的可能,通过引入SU(3)的三体项找到了新的类似球形激发模式的γ软的转动模式,这个工作发表不容易,最近才发表出来。很多人并不明白这篇文章究竟说的是什么。B(E2)反常的理论解释,其实也是这个研究的一个意外的研究成果。     

        关键是究竟出了什么问题。从19年初开始,我就一直在思考这个问题。最近我终于想明白了。Wood三人说的没有错,球形是一种特殊的形变。我以前一直没有太理解这句话的意思,因为一些老的观念也一直没有被我驱逐出出去。当我思考幻数核的时候,依然是球形的。他们从实验上揭示了这个结果,但是他们不清楚如何从理论上来讨论这个问题。从他们最近的关于Cd核的讨论中可以看出来,他们更多的是从形状共存的角度来间接证明这个结论,但是无法给出直接的证据。他们不清楚到哪里去找证据。

     相互作用玻色子模型是讨论原子核集体性的最有效的模型,而我在无意中发现了理论上的结果,发现了新的γ软性。当然这仅仅是一个开始。但是这个理论也给出了解决球形核疑难的具体路径。

     传统的核结构理论是从解释幻数的球形势单粒子势开始的。幻数是实验的结果,所以壳的结论是正确的。传统的理论用球形势来解释幻数获得了极大的成功,从而建立了壳模型。问题就在这个球形势上。实验上没有证明球形势的存在,而是证明了它不存在。我意识到,球形势和球形核疑难是直接冲突的,问题就在这里。

     所以幻数和壳是对的,但是球形势是有问题的。我们需要用一种Υ软势重新理解幻数。如果这是可能的,就可以解决现有的壳模型和球形核疑难之间的一切冲突,开启核结构研究的新时代。



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