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十年内,有望在壳模型的层面上完成核结构的统一么?

已有 1173 次阅读 2023-6-23 22:17 |系统分类:观点评述

    1911年,卢瑟福发现原子核,1932年查德威克发现中子,随后研究者就意识到原子核是由质子和中子构成的,原子核结构领域开始走向正确的研究方向。这样的一个复杂的多核子系统的低能行为如何描述呢?这个问题现在看来,是真的复杂。从1932年到现在2023年,已经过去了91年,我们对于核结构依然没有完整的理解。

   这个事情超出想象。一个问题居然研究了这么多年,依然没有确定的结论,这是不可思议的。看看粒子物理学领域,已经很长时间没有让人兴奋的进步了。核结构领域比粒子物理早的多,人家的标准模型都建立起来了,而核结构领域理论和实验却越来越相冲突。让人不知所措,让人不知所语。

   1949年,在三维谐振子势的基础上,加上自旋轨道耦合作用,成功了解释了幻数,指出了原子核中单核子运动的一面。1950年到1953年,理论上指出远离幻数时原子核是可以发生形变的,指出了原子核中多核子集体运动的一面。

   这是一个很有意思的图景,两个方面看起来似乎是完全冲突的。

   1958年,Elliott构建了SU(3)模型,在壳模型、原子核形变以及群论方法之间建立了强有力的联系,但是这种方法只能用在轻核上。

   这里的问题就在于虽然三维简谐振子具有U(3)对称性,但是强的自旋轨道作用,导致中重核的主壳的SU(3)对称性被破坏了。

   但是实验上不支持这样的观点,特别是到了中重核,一些原子核具有非常好的形变转动谱。这种转动可以说是原子核结构中建立的最清楚的模式了。特别是1975年ArimaIachello建立了相互作用玻色子模型以后,利用SU(3)对称性很好的描述了长椭球转动模式,完全肯定了SU(3)对称性的存在,在转动谱和SU(3)对称性之间建立了强的关联。

    这意味着,即使中重核也存在SU(3)对称性,而且在低能的时候,这个对称性甚至还非常精确。

    同时壳模型的计算,模型空间越来越大,无法应用到所有的原子核上。最近实验上的新发现,尤其是B(E2)反常现象的发现,完全不能用现有的壳模型来解释。这种冲突并没有获得核结构研究者足够的重视。

    过去五年,我们的研究揭示了了完全意外的结果。最近,我们发现原子核的形变完全由SU(3)对称性支配,这方面的工作将会在后边详细说明,这个结果让人非常意外,也让人明白以前的研究问题出现在了什么地方。

    Elliott的工作,以及实验的结果和相互作用玻色子模型的SU(3)对称性的描述,自然使研究者意识到,这个被破坏的壳模型中的SU(3)对称性可能没有那么严重。这方面的进展是非常漂亮的,体现了核结构研究者做研究的特点。早期的赝SU(3)对称性,到最近的近似SU(3)对称性的发现,当然还有一些其它的理论,的确证实了SU(3)对称性是依然重要的。

    这些结果,使得Elliott的方法可以延伸到质量数更大的具有转动谱的原子核上,而我们的最新发现,可以使得这种方法来描述所有的原子核形变,这才是问题的关键,是最重要的进展。实际上,这里边就已经完成了核结构描述的统一,当然还有一些细节。因为模型还没有具体建立和计算,所以还不便多说,但是我相信在核结构建立一百年的时候,到2032年,我们有希望在壳模型的层面上建立一个统一的核结构理论,同时走向更加基础的层面。

   (待续)



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