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为什么在以前的观念中难以验证相互作用玻色子模型的基本假设?

已有 652 次阅读 2024-5-25 15:25 |个人分类:是问居|系统分类:观点评述

    1975年,Arima和Iachello提出了相互作用玻色子模型,震惊了整个核结构领域的研究者,也促进了核结构群论技术的发展。

    这个模型有一些基本的假设:

    (1)虽然原子核是直接由质子和中子构成的多体量子体系,但是在低能激发区,由于核子配对效应,这个核子对可以看成是玻色子。所以在相互作用玻色子模型中考虑的是相互作用的玻色子系统

     但是这不是第一次这样看原子核。在几何模型中,考虑的是原子核的形状及其激发。在这里讨论振动的时候,就会有声子激发,而这种声子就是一种玻色子。所以,相互作用玻色子模型,可以被看成是一种声子激发截断的近似。所以,这个声子究竟是什么,如何证实一定是核子对,是一件非常困难的额事情。

    (2)由于是群论技术,所以一定会研究某个对称性。在这里会涉及角动量为0的玻色子以及角动量为2的玻色子,总共是6种,所以具有U(6)对称性。这样一来,加上是玻色子,具有置换对称性,所以原子核的集体低能激发态由U(6)群的完全对称表示[N]来描述。这里边的问题就是,为什么不是[N-1]或者[N+1]?实验上会给出明确的[N]么?

     验证这个假设几乎是不可能的。原因和前一个一样,这个也可能是声子谱的截断效应,实际的情况是激发谱一直会增长上去,很难看到截断效应。而且由于是低能激发,所以考虑的能量基本在3MeV以下,这样一来实验上看不到什么。

     (3)相互作用玻色子模型会给出三个极限,描述球形核,长椭球性核以及γ软核,但是这些集体激发模式对于N都不敏感。下边的第一幅图,就是描述球形核的U(5)极限,如果N比较大,都会给出3MeV以下一样的能级分布。第二幅图,是描述长椭球形核转动谱的SU(3)极限,对于N比较大的时候,实际的情况都是N在13左右,低能级看到的能谱都是一样的。第三幅图,是描述γ软核的O(6)对称性,和U(5)对称性一样,低能部分对于任意的N都是一样。对称性带来了计算的方便,但是却难以识别。 

         也就是说,相互作用玻色子模型,虽然很好使,利用了群论技术描述了原子核的低能激发,但是它和几何模型的声子激发截断,看不出有太大的区分。而且从实验上也无法验证这个模型的最基本的假设。虽然有限N效应也能看到一些,但是无法确定是特定的玻色子数N。

     虽然做了很多努力,但是在这个方面似乎只能做到这些了。当然还有很多问题,比如该模型和微观模型的关系,做不到确定的结果。

     当发展到SU3-IBM的时候,结果就会发生重大的变化。在我提出来的这个新模型中,会预言玻色子数非常敏感的结果,而让人震惊的是,实验上看到了相应的现象。最近的模型计算的结果(两个),让我自己也非常震惊。虽然我已经用模型算了好几年了,知道这个模型可以给出难以想象的丰富细节,但是也依然让我自己感觉不可思议。

     这就好像热大爆炸理论会预言微波背景辐射的存在。如果没有发现这个微波辐射,大爆炸理论就会彻底失败。而奇迹的是,实验上真的发现了它,这就毫无疑问证实了热大爆炸理论的正确性(这证实了早期宇宙处于一种极热的状态,至于最早期依然没有确定。一个大火球究竟是怎么出来的,的确挑战想象力。)。

     新发现有两个,一个让人难以理解,一个直截了当,都极其重要。这些工作证实了IBM假设的正确性,也证实了SU3-IBM的正确性。(细节会在文章出来以后给出)



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