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1975年,Arima和Iachello提出了相互作用玻色子模型,也就是IBM。该模型使得核结构的代数方法变得更加重要,是代数方法领域的重大进展。该理论由于包括六种玻色子,所以具有U(6)对称性。从数学上来说,也就是U(6)群所包含的子群,这个理论有三个极限,分别是U(5)极限、SU(3)极限以及O(6)极限。
当这三种极限都实验证实的时候,很难不说,这是真理。只有到最近的十年,我们才知道,这三个极限,除了SU(3)对称性可能是被错解了,三个极限都不正确。SU(3)对称性没有问题,但是可能理解的方式不对,U(5)极限实验上并不存在,O(6)极限实际上是一个假象。
所以这个理论两次进入诺贝尔物理学奖的评选,是有道理的,它的确非常重要。但是没有入选,主要的原因是,没有给出新的集体模式。它给出的结果,和以前的几何模型没有本质性的区别。这是没有办法的事情,没有人会想到,错误从几何模型一开始就出现了问题。那个时候的实验还不够精确,对于实验结果,没有意识到会出现巧合和假象。
所以用图形来表示这三个极限,我们会有一个示意图。我还真的不知道,这个图最早是什么时候出现的。在1983年,Iachello的一篇文章中就已经有这个三角形了。在早一年,提出了对应的哈密顿量形式。从现在看来,他们的IBM,更像是几何模型的声子截断。
在1998年,提出了一种扁椭球的描述方式,这种方式正好和IBM匹配。2001年,Jolie等人正式做了这个扩展。这样一来IBM就包含了扁椭球。而且他们还在2002年发现了一个三相共存点。这个工作还被Nature给了一个新闻。
但是这种推广,据我所知,不被Iachello喜欢。具体原因不知。
问题就出现在了这里,推广了以后,这里的长椭球和扁椭球,具有能谱的对称性,但是这一点却被研究者忽略了。一个错误的理论,当给出推广的时候,往往就是发现错误的时候。
随后,到了2011年Fortunato等人,在以前的哈密顿量中加入了一个三体项,这样就极大的扩展了相图。这个工作极其重要,因为它第一次告诉了我们,扁椭球可不是一个,γ软的描述也不是一个。这个工作实际上我在2008年左右就研究过,可是那个时候我太年轻,没有研究的经验,就错过了。(错过了十年的光阴,但是我在量子领域也的确有了新的发现,期待以后的研究也能带给我惊喜)随后,辽宁师范大学的张宇教授对这种新的扁椭球进行了研究。他们基于的相图都是这样的。他们没有放弃O(6)对称性。
等到了2019年,我灵光一现,提出了SU3-IBM,这里的关键是,把O(6)消除了。只剩下了U(5)和SU(3)两个极限,而且SU(3)对称性更重要。O(6)对称性只是假象。此时的相图是这样的
很多人可能会说,不就是换了一个扁椭球的描述么?是的。问题就在于,此时很多东西都不一样了,因为这个扁椭球的描述是三体作用,超出了所有的预料。而且O(6)对称性也消失了,代替的是一种新的γ软性。当然,重要的是,新的图景能够更加准确的描述实际原子核的能谱。
开普勒的研究,不也就是把一个圆形的轨道,变成了一个有些扁的椭圆么?我的变化,肯定比他的大吧。
在物理学中就是这样,差别一小点,物理的意义就会差别巨大。以前的IBM,SU(3)对称性只是一个极限,只能描述长椭球,看起来更像是一个偶然的结果。所以在壳模型计算中,没有更高的对称性。而在SU3-IBM中,所有的四极矩形变都是由SU(3)对称性来描述的,这就不得不让人多想了。一方面,壳模型中的SU(3)对称性非常重要。如果不是Bonatsos等人在2017年发现了它,我也会在这两年发现它。一方面,就是支配强相互作用的基本理论,我们实际上是知道的,这就是SU(3)对称性的非阿贝尔规范理论。(实际上的问题是不会算,也不理解在低能下这个哈密顿量会出现什么)以前的理论,在一般的情况下,是没有对称性的,所以看不到和这个深层次理论的关系。但是现在就不样了。U(5)对称性是配对作用,描述的是超导相。而剩下的都是SU(3)对称性,描述的是核子核子之间的有效相互作用,正是强相互作用的结果。这就非常美妙了,这个核子核子相互作用具有SU(3)对称性,很难不把它和深层次的SU(3)对称性联系起来。特别是,这个相互作用还可以是高阶作用,一个在以前的所有的物理学研究中都很难相信的结论,因为壳模型的基础是平均场。
所以这一点的变化,给出了量子色动力学低能极端的有效描述,而这种描述和传统的观念还差别极大。这非常有意思。从高能(渐进自由区,可以理解)往下,这种SU(3)对称性是如何变化的,就立刻成为了一个非常重要的问题。是一直不变的?还是消失了,又出现的?对于我们理解各种问题都非常重要。 未来的五十年,必然是核物理研究的黄金时代,因为我们已经找到了理解强相互作用的一把钥匙。
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