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构造一个模型来理解所有原子核的所有能态的所有性质,是每一个核结构研究者的梦想,而如今我相信,在这个方向上已经看到了希望。当然现在还仅仅是一个希望,因为对原子核的任何过度的乐观都可能转变成悲剧,因为它的复杂性可能超出所有的想象。
从1932年发现中子,意识到原子核是由质子和中子构成的以后,核结构的研究的复杂性就不断地让每一个研究者近乎陷入绝望。虽然每一个模型都揭示了原子核的某一个方面,但是整体上,我们并没有一个让人信服的模型来解释所有的性质。
壳模型一定相信自己是可行的,但是计算量过大,让这种自信看起来很盲目。实际上,就是幻数核附近的计算,也没有显示出让人信服的一致性。
在低能区,原子核显示出了极强的规律性,这个事实让人惊奇。这意味着某种对称性在支配着这些低能行为。1958年,Elliott首先把SU(3)对称性引入核结构中来解释轻核的转动谱(长椭球)。这个方向后来获得极大的进展,赝SU(3)对称性、准SU(3)对称性、以及最近提出的近似SU(3)对称性,可以解释中重核的转动行为。但是在这,SU(3)对称性始终和长椭球的转动模式联系在了一起。
原子核自然存在其他的集体行为模式,这在能谱中很容易看出来。1975年,Arima和Iachello提出了相互作用玻色子模型,在这个模型中,可以有球形、可以有长椭球、还可以有γ软的模式,分别对应U(5)对称性、SU(3)对称性和O(6)对称性。在更加复杂的模型中,还会出现更加复杂的集体模式,各种对称性。
所以在非常长的时间内,原子核的形变是非常复杂的,而SU(3)对称性只是与长椭球的转动谱对应。大量的形变实际上没有对称性。
尽管如此,在壳模型SU(3)对称性的启发下,在相互作用玻色子模型的各种推广中,核结构的代数方法依然获得了长足的发展,自然还有其它的许多问题也可以用群论来讨论。
最近我们的工作了,给出了更加一般性的结论。这个结论应该是以前从来没有意识到的。这个结论就是所有的四极形变实际上都是由SU(3)对称性来描述的。这个结论有些违背以前的研究经验,因为很难想象四极形变的各种能谱居然都是SU(3)对称性的反映。在这个方面,以往的研究经验产生了固定的模式,束缚了人们的观念。
在以前的研究中,每一种四极形变,对应一种对称性,或者没有对称性(过渡的情况)。而在新观点中,所有的四极形变,都是SU(3)对称性的体现。这样一来,我们就可以用代数的方法,来简化大量的计算,甚至找到基于代数方法的壳模型,来计算所有原子核的所有性质(至少是低能性质)。
这种观念的转变是非常突然的。
但是这种转变却极大的简化了我们对于核结构演化的理解,体现了复杂性中的简单性。特别是SU(3)对称性,过去这些年获得了极大的关注,做了大量的研究。当这种观念的转变,获得越来越多的人的关注后,必然会使得核结构的代数方法获得以前难以想象的高速发展。
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