非对称核物质状态方程

非对称核物质状态方程施建青（浙江工业大学科研处，浙江杭州３１００３２）重离子反应的理论和实验研究已成为核物理、天体物理和宇宙学的一个十分活跃的前沿领域，进行这一研究的主要目的之一是探讨核物质状态方程（ＥＯＳ）及其可能发生的相变与临界现象〔１，２〕。从...

原子核的中子皮厚度与非对称核物质态方程

挑选47组常用的Skyrme参数，采用Skyrme能量密度泛函结合拓展的Thomas-Fermi展开，用约束的密度变分法，我们计算了208^Pb、112-124^Sn、48^Ca、96^Zr、18^O等丰中子核的中子皮厚度并与实验数据分析抽取的中子皮厚度比较，研究了中子皮厚度与非对称核物质态方程中同位旋相关的对称能项之间的关系．我们发现中子皮厚度随对称能系数α,以及对称能在饱和密度附近的斜率L、曲率Ksym的增大呈现近似的线性增大的趋势，对称能越硬的核势确定的中子皮越厚．以反质子湮灭法拟合的参考实验值作为标准，我们给出对称能系数，对称能在饱和密度附近的斜率和曲率的参考范围分别为：αs=30～35MeV，L=20-100MeV，Ksym=256-70MeV。满足这个条件的Skyrme参数有：SLy0-SLy10、SkM^＊、SkP、SLy230a、SkMP、SKT1—3、Ski3、MSk1-2、SⅡ．

非均匀核物质状态方程研究

在相对论平均场理论框架下研究非均匀核物质,自洽的Thomas-Fermi近似是一种有效的方法。这种方法假设了非均匀核物质是由原子核及核外中子气和质子气构成。在温度T、质子分支比Yp以及重子密度ρB确定的情况下,通过改变Wigner-Seitz原胞半径,对系统的每重子自由能进行最小化,从而得到热力学稳定态,原胞内的重子分布也可以自洽地得到。由自洽的Thomas-Fermi近似得到的结果可以与之前工作所得到的结果进行详细比较,之前的工作所采用的是参数化的Thomas-Fermi近似方法。

基于Gogny相互作用的非对称核物质同位旋的相关性质

基于有限程的Gogny相互作用,系统研究同位旋非对称核物质的状态方程(equation of state,EOS)及其单粒子势和它们的同位旋相关性.通过对比各类模型以及实验值,说明现有的D1,D1S和D1N这3组Gogny参数的不足之处,指出探寻新的Gogny核力参数的必要性.

经验中子星质量方程在约束核物质状态方程参数中的应用

联合多种数据已成为约束核物质状态方程的有效方法之一.中子星的经验质量方程提供了天体观测量与地面实验室观测量之间的关联,为相关研究提供了便利的基础.本文基于208Pb的中子皮厚度和偶极极化率的实验数据,在中子星模型和贝叶斯统计方法的理论框架下,计算了核物质状态方程参数、中子星半径、中子星潮汐形变系数以及中子星引力红移的后验概率分布.研究结果显示,中子星的经验质量方程在约束核物质状态方程方面具有显著效果.中子皮厚度数据能够提供与中子星半径观测数据相媲美的约束效果.基于PREX-Ⅱ合作组发布的中子皮厚度数据,中子星经验质量方程对应更硬的核物质状态方程.通过计算1.4倍太阳质量中子星引力红移的后验概率分布,发现源GS1826-24的质量有较大概率为1.4倍太阳质量.结合中子星半径观测和208Pb的中子皮厚度与偶极极化率的联合数据,发现相对于中子皮厚度数据,中子星半径和偶极极化率数据在约束核物质状态方程参数方面起着更为重要的作用.208Pb的偶极极化率数据表现出最佳的约束效果,突显了在解决核物质状态方程这一复杂问题中实验数据的丰富性和精确性的重要性.

利用两π介子HBT关联约束重离子碰撞中高密核物质的状态方程

高重子密度区核物质状态方程的研究是当前核物理研究的前沿热点问题之一。利用极端相对论量子分子动力学(UrQMD)模型,以两π介子Hanbury-Brown-Twiss(HBT)关联为例讨论了2~5倍饱和密度(ρ_(0))区核物质状态方程对两粒子关联效应的影响。通过使用不同的核物质状态方程,展示了密度依赖的势相互作用以及相变对两π介子HBT关联和π介子发射源时空属性的影响。结果显示,在~5ρ_(0)以下,π介子发射源的HBT半径及参数敏感于核物质状态方程的软硬,通过与实验数据的比较,现有的HBT半径实验数据排除了~4ρ_(0)以下发生一阶相变的可能性,并支持一个在低密区(-4ρ_(0))表现偏硬,且在高密区由于相变而逐渐软化的核物质状态方程。研究结果强调了π介子发射源的HBT半径及参数敏感于核物质状态方程的软硬,可用于理解和约束高重子密度区的核物质状态方程。

多信使时代下中子星状态方程的贝叶斯模型选择

当前中子星的观测为其状态方程提供了严格的约束条件。基于双中子星并合事件GW170817对潮汐形变的约束,以及NICER合作组对PSR J0030+0451和PSR J0740+6620的质量和半径的测量,本文对CompOSE数据库中基于相对论平均场模型统一得到的16组中子星状态方程开展了贝叶斯模型选择。发现最理想的物态模型是DD2,它预测1.4倍太阳质量中子星的半径为13.19 km,潮汐形变为687。在此基础之上,进一步筛选出最符合观测的物态模型依次为DD2、TW99、DD-LZ1、DD-ME2、TM1e、FSU2H、DDME-X、PKDD、FSU2R和MTVTC。

地球空间稳定核素的趋势分析方程与物质的超光速运动规律

通过讨论地球空间已有稳定核素内质子数与中子数的分布趋势,介绍了稳定核素的趋势分析方法及其有关周期性分布方程形式,给出了理论方程曲线与地球空间稳定核素实验数据分布点的对比结果,进而给出了稳定核素极限值和元素周期表中化学元素极限,以及其与正负粒子对的可能对应关系方程,包括位于电子中微子层面附近的粒子质量量级初步估计.随后通过建立真空物质能量状态的二个假设,及基于等效Binet方程,给出了与Einstein狭义相对论有关结论相融合的物质粒子以光速及超光速运动的质量及能量方程;作为推论,对这些方程与暗物质及暗能量的可能对应关系予以了初步探讨.

同位旋分馏、同位旋弛豫与非对称核物质状态方程

采用同位旋相关的输运模型IBUU04对中能区(400 MeV/u～1GeV/u)重离子碰撞中产生的π-/π+产额比实验数据进行了系统分析.通过符合π-/π+的激发函数及其随系统N/Z比变化关系的实验数据发现,对称能在约2ρ0的区域具有随密度的增加而减小的趋势.通过选择具有相同N/Z但不同质量的碰撞系统,研究了π-/π+对Esym(ρ)的依赖敏感度随系统大小和入射能量的关系,发现该敏感度与同位旋分馏程度有直接的关联.此外,π-/π+在同位旋非对称系统(Ru+Zr与Zr+Ru)中的分布表明中心碰撞的同位旋没有达到完全平衡,其分布特征与核子分布特征具有明显的差异,这可能支持π-/π+是高密区Esym(ρ)探针的一个证据.

利用非对称核物质状态方程对中子星的质量和半径的研究

在温度、密度及同位旋相关的核物质状态方程的基础上 ,通过求解Tol man Oppenheimer Volkoff方程得到了中子星的质量与中心密度的关系 ,发现随着中心密度的变化 ,中子星存在一个最大质量 .同时计算结果表明 ,中子星的最大质量与核物质状态方程的不可压缩系数、有效质量及对称能强度系数等密切相关 .对中子星半径的研究表明 ,较硬的核物质状态方程给出的中子星半径较大 。

同位旋非对称核物质性质与扩展的BHF方法(Ⅱ)状态方程、对称能以及三体核力效应

在同位旋相关的BHF理论框架内 ,研究了微观三体核力对非对称核物质状态方程和原子核对称能的影响 .结果表明 :即使引进了微观三体核力后 ,核物质结合能随同位旋非对称度的变化关系仍然能够在整个同位旋自由度范围内(0≤β≤ 1) 相当精确地满足二次方规律 .在核物质饱和密度 ρ0 =0 .17fm- 3处 ,三体核力对于对称能Esym的影响很小 ,考虑三体核力后得到的对称能为 30 .71MeV ,与其经验值符合得很好 ;对于高密度核物质 ,由于三体核力效应 ,对称能明显增大 ,而且三体核力使对称能随密度的增大要比不考虑三体核力情况下的计算结果陡得多 .同时还给出了对称能的密度依赖关系的一个简单的参数化形式 .

中子皮结构及其在核反应中的效应

中子皮是不稳定原子核中存在的一种奇特结构,在核反应过程中会产生各种效应。不同理论模型研究发现,中子皮厚度会影响核-核碰撞中的中子擦去截面、轻粒子产额比、重碎片产额比、光子产生截面等物理量,也与原子核的集团结构、表面宽度、温度等存在密切关系。在高能重离子碰撞中研究发现,中子皮同样存在明确的效应。实验上,基于放射性核束装置可以产生具有中子皮结构的不稳定核,通过测量其与稳定核发生反应后与中子皮敏感的观测量,能提取或确定中子皮厚度。结合核理论模型,可以进一步约束非对称核物质的状态方程及核天体的相关性质。

低温高密度近似下核物质的热力学行为

本文对用Gogny有效势推得的核物质状态方程作低温高密度的极限过渡。温度T→0时,每核子的内能及压强均不为零,是明显的量子效应。

采用Skyrme势的有限不对称核物质的化学势-密度状态方程

本文利用有限温度实时Green函数方法,采用Skyrme势,给出了有限不对称核物质的化学势卢μ-密度ρ的状态方程,并讨论了Coulomb力和重排势对有限不对称核物质汽液相变的影响。

非对称核物质的化学不稳定性与力学不稳定性

基于扩展的Skyrme有效相互作用 ,在Hartree Fock近似下对非对称核物质的化学不稳定性与力学不稳定性进行了研究 ,并与简单的三参数势 ,即所谓的软势与硬势的计算结果进行了比较 .结果发现两种模型给出的非对称核物质化学不稳定性与力学不稳定性之间的关系是完全不同的 .通过研究化学不稳定性在临界温度附近的行为发现 ,对软势与硬势 ,化学不稳定性可能出现在温度高于临界温度的气化 (全爆炸 )机制中 .而对于SKM势参数 ,化学不稳定性不会出现在温度高于临界温度的气化 (全爆炸 )机制中 .这种差别也反映在压强 密度平面上力学不稳定区与化学不稳定区的位置关系上 .进一步的计算表明 ,这种差别是由于两种模型给出的单粒子势的密度依赖形式的不同而导致的 ,这必将体现在重离子碰撞的现象中 。

核反应总截面和奇异结构研究

本文总结了晕和皮等奇异核子结构研究的现状 ,介绍了发现晕和皮现象的实验证据。然后集中介绍了利用奇异核反应总截面的实验测量和理论模型 ,从中提取奇异核物质半径、核内核子分布以及介质中的核子 核子碰撞截面等重要信息 ,我们将特别强调通过实验测量和理论模型之间的联系来研究奇异结构性质。

一种同位旋相关的核物质状态方程

在Ｈａｒｔｒｅｅ－Ｆｏｃｋ近似下，从扩展的Ｓｋｙｒｍｅ有效相互作用出发，给出了一种同位旋相关的核物质状态方程．分析了在不同相对中子过剩时的核物质状态方程．发现在核物质的饱和点处，许多物理量的同位旋相关性能够近似地与相对中子过剩满足抛物线规律．

自旋极化核物质的状态方程

在Brueckner Hartree Fock理论框架内 ,研究了自旋极化核物质的状态方程及其自旋依赖性 ,计算了相关的物理量如朗道参数G0 和G′0 ,并着重讨论了三体核力的影响 .结果表明 :在整个自旋极化度范围内 ,自旋极化核物质的每核子能量随中子和质子自旋极化度的变化相当精确地满足二次方规律 ,而且在Brueckner Hartree Fock理论框架内 ,自旋非极化核物质的能量总是比相应的自旋极化核物质的能量低 ,这表明核物质中不会发生由自旋非极化态向自旋极化态的自发相变 .当密度较低时 ,三体核力对核物质状态方程的自旋依赖性的影响不明显 ;随着密度的增大 ,三体核力效应增强 ,而且三体核力使朗道参数G0 和G′0 增大 。

重离子核反应与核物质状态方程

核物质状态方程描述核物质结合能、压强、密度和中子—质子数差异等宏观量之间的关系。核物质状态方程不仅仅与核力属性、核结构性质以及重离子核反应的动力学过程紧密相关,还与致密星体如中子星的结构、演化、辐射与并合等天体过程紧密相关。基于加速器装置的重离子核反应实验,是地面实验室模拟产生极端条件核物质的唯一手段,因而也成为研究核物质状态方程的有效途径。当核物质中的中子数远大于质子数时,例如中子星内部的情形,核物质状态方程中的主要贡献项是对称能项。迄今为止,对称能关于密度的函数是核物理和天体物理中一个未知而又非常重要的物理量。通过重离子核反应的实验和理论研究来确定对称能的密度依赖关系及其在核反应以及致密星天体事件中的物理效应,是当代核物理基础研究的重要前沿。文章介绍了中能重离子核反应和核物质状态方程的一些背景知识和研究方法,以及近年来的一些进展。