核力的同位旋对称性破缺及其效应研究进展

核力的电荷对称性和电荷无关性被视为核物理的基本准则.然而,核子-核子散射实验已经揭示了核力存在同位旋对称性破缺成分,在核结构研究中受到越来越广泛的关注.本文介绍了近些年国内外在核力的同位旋对称性破缺及其效应方面的研究历程、面临的困难和解决的方法,重点阐述了我们取得的最新研究进展,包括基于微观核多体理论结合裸相互作用提取了核力的同位旋对称性破缺成分对核物质平均单核子能量的影响,并以此构建了电荷对称性破缺和电荷无关性破缺有效两体相互作用;建立了推广的同位旋多重态质量公式,用于解释Nolen-Schiffer反常以及Wigner同位旋多重态质量公式失效的现象;结合电荷对称性破缺有效相互作用和镜像核结合能之差的实验值,对质子间库仑力做了进一步的考虑和修正,并且建立了新的Skyrme相互作用IMP1和IMP2用以探索同位旋对称性破缺相关的问题.同时,同位旋对称性破缺相关的核结构问题也是我国兰州和惠州大科学装置上重点研究的科学问题之一.

第一性原理计算研究镜像原子核同位旋对称性破缺

同位旋对称性破缺是一个原子核性质的重要物理现象,为核结构、核反应以及核天体物理学的研究提供关键信息。镜像能级差异是一个研究同位旋对称性破缺的主要观测量,研究这种能级差异能够清晰地反映出同位旋对称性破缺,对深入认识核力的性质有重要意义。随着超级计算机计算能力与原子核量子多体方法的不断发展,第一性原理方法在原子核结构计算中已取得巨大成功。本研究基于手征有效场论的两体与三体核力,利用第一性原理价空间介质相似重整化群方法,计算了25Si与25N这对镜像核的低激发能谱。采用的核力很好地考虑了电荷对称性破缺和电荷独立性破缺效应,并在量子多体哈密顿量中考虑库仑力。计算结果显示三体力对于原子核激发态的描述非常关键。基于激发态结果,计算了镜像原子核的镜像能级差异与对应能级的粒子数占据情况。结果表明,较大的镜像能级差异主要由丰质子原子核弱束缚的1s_(1/2)轨道的占据数引起。

非对称核物质中同位旋对称势的动量和密度依赖性

在Brueckner-Hartree-Fock理论框架内,研究了同位旋非对称核物质中质子和中子单粒子势的动量相关性及其随同位旋非对称度的变化,在此基础上计算了同位旋对称势,并讨论了三体核力的影响.结果表明同位旋对称势对于同位旋非对称度的依赖性很弱,但对于动量和密度均有较强的依赖性.当密度固定时,同位旋对称势随动量增加而减小.尽管三体核力对于质子和中子单粒子势的动量相关性有较大影响,但对同位旋对称势的影响很小.还与目前重离子碰撞输运理论模型中所使用的各种参数化的唯象对称势进行了比较.

β衰变与同位旋对称性破缺

研究同位旋对称性破缺对于深入理解核力与核结构有着重要意义.我们在兰州重离子加速器国家实验室放射性束流线终端采用双面硅条与高纯锗组成强大的探测器阵列,精确测量sd壳质子滴线附近原子核β衰变性质,然后与其镜像核的衰变性质进行对比,系统性研究轻核区同位旋对称性破缺现象.

中能重离子碰撞过程中的同位旋分馏

本文主要在我们近几年来对中能重离子碰撞中同位旋分馏研究工作的基础上,结合国际上对这个问题研究的进展。对同位旋分馏动力学,产生同位旋分馏的机制,入射道效应,特别是建议将同位旋分馏强度作为提取同位旋相关平均场和建立同位旋不对称核物质状态方程的可能性进行了讨论和分析。并进一步对该问题的深入研究进行了讨论。

同位旋非对称核物质性质与扩展的BHF方法(Ⅵ)质子和中子平均自由程及其同位旋依赖性

在扩展的Brueckner-Hartree-Fock理论框架内,研究了同位旋非对称核物质中质子和中子的平均自由程,着重讨论了其同位旋依赖性。结果表明:随核物质同位旋非对称度的增大,质子平均自由程减小而中子的平均自由程增大。这表明中子滴线附近的原子核表面对中子比对质子更具透明度。还简单讨论了基态关联效应对平均自由程的影响。

三体核力重排项的同位旋效应

在同位旋相关的Brueckner理论框架内,研究了三体核力重排贡献对同位旋对称势及其动量相关性和密度依赖性的影响,特别是研究了三体核力重排效应对于非对称核物质中质子和中子有效质量同位旋劈裂的影响.结果表明:三体核力重排效应对质子和中子单核子势均具有排斥性,而且其贡献随动量和密度增加而迅速增大.在低密度区域,三体核力重排贡献对同位旋对称势的影响相当小,然而随着密度的升高,三体核力重排效应的贡献显著增强.在高密度区域,三体核力重排效应使得同位旋对称势明显增大,而且当密度足够高时,三体核力重排贡献甚至导致对称势的动量相关性质发生改变.三体核力的重排效应对核子有效质量同位旋依赖性的影响是使高密度丰中子核物质中质子-中子有效质量同位旋劈裂的幅度显著减小.

自旋极化的对称核物质和中子物质的性质

利用Skyrme有效相互作用对自旋极化的同位旋对称核物质和中子物质的特性进行了研究 .用 4种核子 -核子相互作用参数SⅢ ,SKM ,SLy2 30a和SLy2 30b ,分别描绘了核物质状态方程曲线 .可以发现不论使用哪一种参数 ,在自旋极化的同位旋对称核物质和中子物质中都存在着磁化相变转换点 .另外还对磁化系数进行了计算 ,给出了磁化系数比率随密度的变化关系 ,由于无限不连续点的存在 ,进一步肯定了在Skyrme Hartree

非对称核物质中质子和中子的~1S_0态超流性

利用Brueckner-Hartree-Fock和BCS理论方法,计算了非对称核物质中处于1S0态的质子和中子的对关联能隙,着重研究和讨论了能隙的同位旋依赖性和三体核力的影响.结果表明:随核物质的同位旋非对称度增大,中子1S0态超流相存在的密度范围逐渐缩小而且对关联能隙峰值稍有升高;质子1S0态超流相存在的密度范围迅速扩大而且对关联能隙峰值显著降低.三体核力对非对称核物质中1S0态中子超流性及其同位旋依赖性的影响相对较小,但对1S0态质子超流性具有重要影响,而且其效应随核子数密度增大而迅速增强.三体核力的主要作用是强烈地抑制了具有高非对称度的核物质中高密度区域的1S0态质子超流性,导致质子超流相存在的密度范围显著缩小.

质子自旋结构与RHIC上海夸克自旋分布的测量

对核子内味道分离的夸克自旋分布的研究是核子自旋结构研究的重要前沿课题之一,也是RHIC自旋物理研究的重要核心课题.通过对极化质子-质子反应中W玻色子自旋不对称的测量, RHIC首次对■和■海夸克的自旋分布■和■给出了高精度限制,发现了■在0.05<x<0.25区间内是正向极化的,并显示核子内海夸克自旋结构存在同位旋不对称,即■> ■,首次清楚地揭示出自旋分布的同位旋不对称与非极化时符号相反.同时, RHIC还通过对极化质子-质子反应中■超子极化转移的测量,对反奇异海夸克■的螺旋度分布■以及横向极化度进行了研究.