一 核结构

    1911年，卢瑟福发现原子的中心存在一个正电荷，集中了几乎整个原子质量的核心，称为原子核，开创了原子核物理学。1932年，查德威克发现中子，随后科学家意识到原子核是由质子和中子组成的，开始了原子核结构的研究。在对于原子核结构的研究过程中，逐渐意识到似乎冲突的两个方面。幻数的发现和解释，导致1949年壳模型的建立。转动激发带的发现和解释，导致1950-52年几何模型的建立。前者是单独核子的激发模式，后者是核子的整体运动激发模式。如何调和这两者成为了核结构研究的中心主题。

二 基本图景（老的观点）

    基于壳模型的研究带来的看待原子核结构的方式在于虽然原子核核子间的作用很复杂，但是在特定的时候，比如幻数的附近，这个作用可以用平均场来替代，这个平均场是球形的。当偏离幻数的时候，一些剩余的作用，比如核子配对的力，四极矩相关的导致形变的力，开始起作用，出现核子的集体效应。

    形变主要是四极矩形变，这是理解原子核一直以来的难点，也是壳模型和几何模型不相容的地方。四极矩形变主要是长椭球形，还有γ软的，然后是扁椭球，和稀有的刚性三轴。

三 相互作用玻色子模型

    1975年，受到代数模型的启发，Arima和Iachello提出了相互作用玻色子模型，最基本的想法是，原子核的低能自由度可以被相互作用的玻色子来描述，原子核的集体激发态构成了SU（6）群的表示。这意味着低能激发的描述，玻色子数守恒，哈密顿量具有SU（6）对称性。

    代数方法在量子物理学中具有强大的威力，当我们确定对称性后，就可以利用代数技术确定关键的结论。玻色子守恒是一个很有意思的结论，这使得玻色子解释为价核子配对的数目。

    他们发现SU（6）群具有三个动力学极限，即U（5）极限，SU（3）极限，和O（6）极限，可以描述球形、长椭球和γ软的，这一下子使得新模型大获成功。如图所示。在2000年前后，又包含了一个扁椭球的描述模式，即SU（3）加横杠对称性。这似乎意味着这个模型的描述是极其成功的。在这个模型上，科学家做了大量的工作，尤其是原子核形状量子相变的工作成为了本世纪初的热点之一。

     这时候提供的图景是和核结构基本图景相一致的。当偏离幻数核的时候，先是球形核的激发模式，然后是形变核，出现各种形变。

四 实验上的挑战

    从2010年前后，我从核结构领域离开，进入别的研究方向，但是核结构领域却出现了巨变，可惜我没有赶上最初的激动时刻。当然这种变化，在开始的时候一定是让人极其迷惑的。毕竟核结构研究已经过去80年了，很难现象，基本的图景都可能是有问题的。

    实验上的结果挑战了以前的核结构理论和关于核结构的理解。这意味着核结构领域的反常和危机的出现，意味着一场变革即将出现。

    一是球形核疑难。实验上没有成功验证球形核的振子激发模式，而是给出了类似γ软的模式，但是这个软的方式和已经知道的O（6）模式差别很大。实验上否定了一种习以为常的模式，出现了一种超乎预料的模式。

    二是B（E2）反常。在Pt、Os、W核缺中子同位素上发现了完全没有意料到的集体演化模式，¹⁷²Pt、¹⁷⁰Os、¹⁶⁸Os、¹⁶⁶W出现了反常，第一个4+态到第一个2+态的跃迁强度比第一个2+态到基态的跃迁强度小的多，而能谱就是正常的集体模式。这让研究者大吃一惊！纷纷用各种理论来解释该现象，但是纷纷失败。

五 理论上的不足

   在相互作用玻色子模型增加了扁椭球的描述后，从数学上看非常美好，但是从实验的角度看，理论和实验之间的冲突反而加大了。一是理论上，长椭和扁椭的描述是对称性，但是在实验中没有看到这类对称性。二是实验上，更多的是长椭球，而扁椭球很少，意味着这两种形状应该有不同的机制。但是在理论上看不出来这种必然的区别。

六 提出新理论

   在相互作用玻色子模型的研究过程中，一些研究者开始关注高阶项的作用。比如刚性三轴一定要引入三体作用来理解。同时，SU（3）对称性的高阶作用，以及O（6）对称性的高阶作用，都得到了讨论，但是早期的工作没有新的物理。

   观念上的转变出现在2000年，Isacker和合作者提出理论，说明SU（3）的高阶作用可以直接给出刚性三轴谱，而且做了讨论，这个工作随后在2014年被辽宁师范大学张宇教授做了系统化的研究，提出了刚性三轴转子的SU（3）理论。在这里，所有的刚性形变都可以被同一个模型给出，这个和以前的理论不一致。

    随后2011年，Fortunato等人对三体四极矩作用进行了讨论，扩大了相互作用玻色子模型的讨论范围，一下子给出了许多有趣的问题。在他们的文章中给出了一个特别重要的结论，就是SU（3）的三体作用可以描述扁椭球。这个结论实际上是隐藏在Isacker等人前面的工作中的。这样就会有一个新的长椭到扁椭的演化，而且是不对称性，这个事情被辽宁师范大学张宇教授做了详细的讨论。

    但是这些是不足的。当我读完博士，重新回到核结构，在2019年初，我意识到这些核结构的各个方面，似乎有着奇特的联系。B（E2）反常、球形核疑难、相互作用玻色子模型的SU（3）描述，长椭到扁椭的形状相变、实际核的γ软性等，可能存在内在的关联。

    于是我提出了基于SU（3）高阶相互作用的相互作用玻色子模型，简称SU3-IBM，开始做具体的计算。计算结果让人大吃一惊。这个模型可以解释B（E2）反常（2020年）！这个现象实际上不能被任何其他的模型所解释，起码到现在还做不到，只有这个提出来的新理论可以，这真是不可思议的结论。去年，辽宁师范大学张宇教授进一步做了讨论，给出了新的机制（2022年）。

     实际上，开始的时候我是先讨论的球形核疑难，这个问题更加的复杂，但是数值计算又是让人吃了一惊，因为这里边的确存在新的γ软的模式，而且看起来和Cd球形核的正常态完全符合（2022年）！这个理论还在继续计算中，期待今年年底能够计算完成。这意味着，新模型拥有更多的激发模式，可能彻底解决问题。

    出来的结果让我很吃惊，所以开始思考这些结果意味着什么。首先就是传统的核结构演化模式的观点肯定是错误的，不管是球形核疑难，还是B（E2）反常，都是传统的演化模式相冲突。二是新模型的关键，就是用SU（3）的三体项来描述扁椭球，从而导致出现了新的γ软的模式！也就是说，以前所认为的O（6）对称性是有问题的。

    于是去年的下半年，我做了详细的计算，从各个方面来讨论这个问题，我相信答案是明确的，O（6）对称性是不足以构建更加正确的理论。一是利用新理论对¹⁹⁶Pt做了计算，发现新理论更够更好的描述这个核的核谱，和O（6）对称性存在显著区别。二是详细讨论了长椭到扁椭的形状量子相变，新理论能够给出更准确的描述，给出非对称的描述，和实际的演化模式相一致。三是讨论了四阶作用，弥补了理论的不足，解释了⁸²Kr核。四是对O（6）对称性做了详细讨论，特别是高阶项的作用，发现整个理论都是不自洽的（2023年）。

    这些计算都证明了新理论的正确性，而这也正是新理论正确性的体现。如果理论是正确的，就一定会具有更加强大的解释能力，以前被忽视的数据都会获得具体的意义。

七 意义

    新理论解释了以前理论不能支持的新实验结论，证实这些实验给出的新的物理图像，这将会改变研究者对于核结构以及形状演化的理解，这是基础研究的重大突破。也许我们现在才对原子核的低能行为有一个更加系统的理解，这些新工作将会开启核结构研究的2.0时代。

    新研究给出了SU（3）对称性支配原子核形变的原则，在SU（3）对称性和所有四极矩形变之间建立了强的关联，这是以前没有的。壳模型领域的各种SU（3）对称性相关工作的发展也正在印证我们的新理论。在这样的结论下，我们将会重新改造已有的壳模型，引入新的对称性机制，我们相信这会带来更多的突破性的认知进展。