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SU3-IBM,大学生用核结构(1)导言

已有 578 次阅读 2024-6-11 21:29 |个人分类:心智之旅|系统分类:观点评述

     从2019年初开始,我开始研究SU3-IBM,这是一个特定的哈密顿量,描述原子核的低能集体激发。这个哈密顿量的每一部分以前都被人研究过,但是把它们放在一起用来解释实际原子核的能谱,是从我开始的。随后的一系列发现,使我开始意识到,这是描述原子核精细能谱的哈密顿量,这的确有些出乎预料。

   从1911年卢瑟福发现原子核开始算起,已经过了113年。从1932年查德威克发现中子,然后研究者确信原子核是由质子和中子组成开始算起,已经过了92年。很难相信,我们一直没有找对哈密顿量。很长的时间内,研究者都相信,核结构领域的研究已经日暮西山,不会有什么真正有价值的发现了。但是过去十年内,一系列新的观念的出现,特别是SU3-IBM的出现,彻底改变了这样的想法。

   SU3-IBM,顾名思义,一是SU(3)对称性,一是IBM, 即相互作用玻色子模型。不管是SU(3)对称性,还是IBM,都已经出现很久时间了。但是这两者并没有完全融合在一起。这是一个非常有趣的事情,值得科学史研究者的关注。

    没有特别多的逻辑来让我研究SU3-IBM,这是很偶然的结果。当然,当一件事情发生的时候,一定会有一些线索引导它出现。

    当SU3-IBM被提出以后,我陆续的思考它的来龙去脉,到今天已经基本清楚了。在科学网上,关于SU3-IBM已经写了许多相关的文章。但是一个非常重要的事情是,这个模型其实比以前的IBM还要简单。即使一个新手编制程序,其实也不会超过半年。在我看来,核结构这个研究领域,不管是学习,还是做研究,已经从以前的博士也很难发文章的水平,降低到了大学生的水平。当然,这得是一个特别有追求的大学生。

   所以写一本能够让大学生就可以研究核结构的书,是一个非常有意思的尝试,而且是非常有价值的。

   原子核是客观世界非常重要的一个物质层次,它的相关话题也一直很吸引人。如果能够吸引大学生也来研究核结构,这是一个很美妙的事情。

   SU3-IBM正好满足了这种可能性。它是一个新的研究领域,还有大量的研究需要做,这给了想做研究的大学生一个很好的平台。可以体会一些美好的想法,也可以尝试自己编制程序。对于有追求的大学生来来说,毫无疑问是一个难得的机会。

   物理学的许多研究领域,已经非常深奥,不适合大学生做研究,甚至学习理解都很困难。而一些程序化的研究领域,可能需要特别的实验条件。而SU3-IBM只需要一台电脑就可以编制程序,进行计算。

   原子核是一个孤立的量子多体系统。所以核结构的主题,就是针对这个孤立的系统构建一个哈密顿量,然后求解它的本征值和计算一些特定的物理量。核结构的研究历史,就是研究如何找到这个哈密顿量。当然,我们现在知道走了弯路。但是这是科学史的很好的教材。也可以让大学生了解,科学的进步是一个曲折反复的过程,质疑是科学发展的内在话题。

   在这本书中,需要把相关的话题说的更加明确简单,这是一个有趣的尝试。如果在介绍这些基本概念的时候,加入一些历史上的发展和故事,这是一个更加有意义的尝试。

   这本书包括两部分。第一部分是基本思想,介绍SU3-IBM的哈密顿量是如何出现的,这也为SU3-IBM的后续发展打下基础。这些话题,在科学网上的以前文章中也都出现过,但是我尝试让它们更加系统化,更加适合大学生学习。第二部分是程序计算,这是研究的一部分,也是现有已经的研究结果。通过理论和实验之间的拟合,才可以确认这个理论的正确性,也才会了解还需要接着做什么。

   这两部分其实没有太大的关系。了解基本概念,和掌握计算的经验,两者不是必然相关的。程序是已经有的,如果一个大学生反复的研究程序,就会很快的开始研究具体的问题。但是理解基本的概念,肯定会更好的明白这个理论的可能的发展,更好的理解科学是如何进步的,这对于做研究来说,是必不可少的。

    在科学网上写书,一个困难在于公式比较困难,所以我尽量少些公式,这也导致计算的部分会缺少一些,如果有机会真正的成书,到时候再加入进去。

    



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