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核结构中的SU(3)对称性:(14)Bonatsos等人的近似SU(3)对称性

已有 1322 次阅读 2023-11-5 11:13 |个人分类:我思故我在|系统分类:观点评述

    过去不到10年的时间内,核结构领域正在发生天翻地覆的变化,很幸运的是,我在其中做了一些重要的工作。实验上,球形核疑难和B(E2)反常的发现,意味着我们对于核结构演化的理解出现了严重的偏差。理论上,Bonatsos等人发现了近似SU(3)对称性,让Elliott范式极速回归,我的发现,进一步扩大了Elliott范式的应用范围,并且使其和球形核疑难和B(E2)反常的实验结果联系了起来。很多时候,我都感觉既茫然又幸运。

    前边说过,自旋轨道耦合作用的出现,导致28以上的能壳不再具有以前的SU(3)对称性,这让人感觉中重核似乎不会有的好的转动谱。但是实验数据不是这样的,在前后两个幻数中间位置的原子核几乎都有很好的转动谱。这导致赝SU(3)对称性的发现。这个发现非常重要,这样28以上的能壳就分成了两部分,一部分依然可以用SU(3)对称性描述,剩下的一部分来自上边以前的能壳,可以用某个O(N)对称性来描述,所以代数方法在这里依然是非常适用的。但是问题是这个赝SU(3)模型只是用在了讨论长椭球的转动谱上。

    赝SU(3)对称性的理论模型是精确的,这一点一定要清楚。

    但是这两种具有不同对称性的部分,融合在一起的时候,就不知道会发生什么了。这导致我们对核结构演化的理解出现了系统性的偏差。这个问题是可以从数学上来研究的,可能是太麻烦,也可能是没有意识到这么做的必要,所以即使是Draayer他们也没有进行这方面的研究。

    2017年,Bonatsos等人在这个方向做出了重要的突破,他们指出,大于28的整个能壳依然具有很好的近似SU(3)对称性,Elliott看到了自己的思想正在扩展到整个原子核区域上。这里也就是说,原来看到的具有不同对称性的两部分,融合在一起以后,也可以近似的用SU(3)对称性来描述。具有SU(3)对称性的那部分,居然把具有O(N)对称性的轨道吞掉后,变成了一个更大的具有SU(3)对称性的存在!所以,在更高能壳上,当放入质子或中子(此时各自的能壳会分开)时,依然首先会出现各种四极矩形变!    图片.png

    原子核结构从1958年到2017年,用了将近70年,又拐回到了原点,当然此时我们在看这个问题的时候,和以前又有很大的不一样了。

    近似SU(3)对称性的发现是很复杂的,具体讲起来很麻烦,这里就简单的说一下,其实也是考验眼力劲。当然,这里还需要一点胆量。

   

       从上图可以看到,左侧是SU(3)对称性的三维简谐振子势的各能壳的量子态数,当质子或中子放进去后,包括了自旋自由度。右侧是包括自旋轨道耦合作用后,真实的能壳的量子态数。大于28的能壳,是由左侧的SU(3)对称性的能壳,向下掉出一个轨道,然后又从上边掉下来一个轨道构成的。所以我们看到右侧的能壳比左侧的能壳多两个量子态。所以Bonatsos等人就提出了一个有意思的想法,掉出去一个,又进来一个,那么进来这个如果被掉出去的原来的那个替代回来,这不就又恢复SU(3)对称性了么?

    多么简单而漂亮的想法!

    我不知道是谁第一个有了这么一个想法,还是很早就有但是没有仔细考虑它。这里边一个很重要的事情,是掉出去的轨道,和掉进来的轨道,是不是可以替代。他们做了详细的考虑,认为没有问题,近似程度很好。

    所以在近似SU(3)对称性中,除了20-28壳,剩下的能壳又恢复了SU(3)对称性的特征,所以Elliott的观点就直接可以应用到更高的能壳上了。

    这个结果可能让很多人都风中凌乱。如果这样,那么过去的七十年,核结构的理论研究者究竟做了什么呢?

    推动科学的进步,比很多人想的困难的多。并不是东西有多难,而是很容易走上弯道又转了回来。

    实际上,中重核区的转动谱的出现一直都在说这个事情,但是没有人相信,这些原子核的SU(3)对称性的四极矩形状,其实就是这个能壳的SU(3)对称性的四极矩形状。当然,现在还有很多人不相信。

    进一步研究赝SU(3)对称性和近似SU(3)对称性的关系,是一个非常重要的方向。我前边已经说过,四极矩形变的出现,本质上是三维简谐振子势的结果,不一定就有好的SU(3)对称性,但是只要是四极矩形变可以近似的被SU(3)对称性的量子数给出。

    SU(3)对称性的能谱,当被自旋轨道耦合破坏后,依然具有SU(3)对称性,这是一个非常奇特的事情,里边应该还有很多我们没有意识到的关键结果,把这些结论给出来,就会给核结构奠定一个严格的研究基础,我相信这一定是诺贝尔奖级别的研究成果。





   

   



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