原子核物理中的协变密度泛函理论

文章介绍了原子核协变密度泛函理论的历史发展、理论框架、对原子核基态和激发态的描述以及在一些交叉学科领域的应用。首先,通过回顾原子核物理研究中的几个重要里程碑并结合二十一世纪原子核物理面临的机遇和挑战,对当前核物理的研究热点和重要课题进行了介绍。随后系统介绍了原子核协变密度泛函理论,内容包括协变密度泛函理论的历史发展、一般理论公式、介子交换模型、点耦合模型、交换项、张量相互作用、物理观测量的计算公式等。协变密度泛函理论的应用包括原子核基态性质和激发态性质的描述以及在核天体物理与标准模型检验中的应用。其中,基态性质包括原子核结合能、半径、单粒子能级、共振态、磁矩、晕现象等。激发态性质包括原子核磁转动、低激发态性质、集体转动、量子相变、集体振动等。在核天体物理与标准模型检验的应用中,主要以核纪年法测算宇宙年龄和Cabibbo-Kobayashi-Maskawa矩阵的幺正性检验等为例,介绍协变密度泛函理论在交叉学科领域的应用。

强相互作用系统的对称性及其破缺

本文简要介绍对称性及其破缺的概念和基本的数学上所说的幺正对称性等的微观粒子实现,从而为利用抽象的数学描述物理问题奠定基础。本文还简要介绍早期宇宙强相互作用物质演化过程的对称性及其破缺,尤其是可见物质质量的产生(比如DCSB)以及强相互作用等基本相互作用的规范对称性和破缺,为有意向探讨早期宇宙强相互作用物质演化的青年学者和研究生提供必要的知识储备,并打开一扇窗口。同时,还简要讨论原子核的对称性及其破缺,尤其是作为强相互作用多体系统的束缚态研究中的基本理论方法、(多粒子)壳模型及相互作用玻色子近似模型(IBM)、集体运动的描述及集体运动模式演化(形状相变)的研究方法及进展简况,提供一些在基本理论方法与前沿研究课题之间建立桥梁的实例。

轴对称奇A核系统的强耦合临界点对称性

鉴于临界点对称性方法在描述原子核形状相变中的成功应用,在强耦合方案下对原有描述偶偶核球形到长椭形状相变的临界点对称性模型X(n)(n=3,4,5)进行扩展,据此建立描述轴对称奇A核系统的SX(n)临界点对称性。通过对X(n)模型与SX(n)模型的转动谱结构进行对比分析,揭示了SX(n)临界点模型的动力学结构受模型维数n的影响较小且更接近刚性转子的模型特征,这些模型特征进一步通过检验过渡区核素^(150,151,152,153)Sm以及^(172,173,174,175)Os中的相关转动带结构得到了初步证实。

质子数Z分别位于Ru之上和之下的A～(100～126)丰中子原子核三轴形变在原子核形状变迁和共存中的重要作用(英文)

基于Ru(Z=44)丰中子同位素中存在最大三轴形变的理论预言和实验证据,综述了近年来Rh(Z=45),Pd(Z=46),Ag(Z=47),Cd(Z=48)(质子数Z位于Ru,Z=44之上)及Zr(Z=40),Nb(Z=41),Mo(Z=42),Tc(Z=43)(质子数Z位于Ru,Z=44之下)的A～(100～126)丰中子同位素中关于三轴形变的形状变迁和形状共存系统性研究的重要进展。252Cf自发裂变瞬发γ射线γ-γ-γ三重符合、特别是新建立的γ-γ-γ-γ四重符合数据的系统观测和研究,在Ru,Pd,Cd和Nb丰中子同位素中显著扩展或首次观测到了一系列能带,为这个核区原子核形状的研究提供了新的、重要的实验数据。联系此前报道的有关进展,使用PES,TRS,PSM,CCCSM和SCTAC理论模型计算拟合新的实验数据,在该核区沿同中素和同位素链,并随自旋和激发能变化各自由度,跟踪原子核形状渐进变化,获得了新的系统性研究成果,显著扩展和深化了人们对原子核形状变迁和形状共存的认知。对于Ru及其上的Rh(Z=45),Pd(Z=46),Ag(Z=47)和Cd(Z=48)丰中子同位素的研究表明:Rh丰中子核具有比最大值稍小的三轴形变,γ=-28°,并在103–106Rh同位素链上鉴别出了手征对称破缺;在三轴形变核112Ru和114Pd(N=68)中发现了三轴原子核的摆动运动,该摆动运动也可能在114Ru(N=70)中存在;观察到了从具有最大三轴形变的110,112Ru中手征破缺到稍小三轴形变的112,114,116Pd中扰动的手征破缺的过渡;在较软的Ag核中观察到了丰富的谱学结构,在104,105Ag中鉴别出了可能的手征对称破缺,在较重的115,117Ag中提出了趋于三轴形变的γ软度;具有小形变的Cd核的能级结构被解释为准粒子耦合、准转动和软三轴形变;最近的库伦激发的研究提供了Z=50,N=82满壳附近122,124,126Cd核中出现核集体性的实验和理论证据;上述研究成果展现出从Ru中的最大三轴形变(γ=-30°,三轴形变极小增益为0.67 Me V),经具有大三轴形变的Rh核(γ=-28°),到Pd核中的稍小、但稳定于中等自旋到高自旋区的三轴形变(γ～-41°,三轴形变极小增益为0.32 Me V),再经Ag核中的γ软度,最后到具有很小形变、但仍出现集体性质、包括软三轴形变的Cd核的过渡。对于Pd核转动带交叉系统性的研究揭示了其第一带交叉(νh11/2)2中子转动顺排的上行γ驱动,和第二带交叉(πg9/2)2质子转动顺排的下行γ驱动效应,成功地解释了114Pd中的三轴摆动运动,并给出了110-118Pd同位素链中理论早已预言、而比早期理论预言更为完整准确的形状渐进变迁和形状共存的图像。根据该核区的系统研究,发现最大三轴形变出现在112Ru,而在相邻的偶Z(Pd)同位素链,三轴形变极小的中心在114Pd,两者均为N=68。上述系统性研究沿相邻的Ru和Pd偶Z同位素链,在N=68同中素中鉴别出最大三轴形变,均比理论预言的108Ru和110Pd多4个中子。在Z值位于Ru(Z=44)之下的Zr(Z=40),Nb(Z=41),Mo(Z=42)and Tc(Z=43)丰中子同位素中,Y和Zr核具有很强的轴对称四极形变,而在较重的Zr同位素中出现了γ自由度;较重的Nb核(A=104～106)基态具有中等程度的软三轴形变和强四极形变,随着自旋和激发能的增加,过渡到接近于轴对称的强四极形变;而较轻的Nb核(A 103)基态均接近轴对称形状;在Nb同位素链上基态由球形到强四极形变的形状突变发生在100Nb(N=59),在100–106Nb同位素链中基态的软三轴形变随中子数增加而增加;在Nb核中还观察到关于软三轴形变的形状共存;Mo核具有大的三轴形变,观察到了γ振动和手征对称破缺;Tc核具有比最大值稍小的三轴形变,γ=-26°,并观察到了手征对称破缺。质子数Z从41到48的A～(100～126)丰中子同位素,特别是Pd和Nb同位素,呈现出关于三轴形变的过渡特征。