轻子核物理:话旧论新

<正>轻子与原子核概述近百年来,人们对构成物质世界基本"砖块"的认识不断发展深化。从原子到原子核,再到核子内的夸克(图1)。这些认识大多是通过散射实验获得的,如用从加速器出来的高速质子或电子(通称     

高能物理学面临的两大难题

 一、物质结构历史简述大家知道,物质结构的研究已从早先的原子层次深入到夸克和轻子这一新层次。１９１１年,卢瑟福实验证实了原子中原子核的存在并发现了质子,１９３２年查德威克的实验发现了中子．中子的发现开创了人类认识物质结构从原子核进到质子、中子这一层次．海森伯和伊凡宁柯立即提出了原子核由质子和中子组成的假说．不久,这一假说获得验证并得到了有关原子核的正确认识．原子是由原子核和绕核运动的电子组成的,而原子核由质子和中子通过强相互作用结合而成．这样,随着核物理的发展,人类对物质结构的认识进入到基本粒子这一层次,即认识到自然界万物是由质子、中子、电子这些基本粒子构成的．     

原子核是由什么组成的?——老问题新探索

 1932年查德威克发现了中子,海森堡和伊凡宁柯立即于同年提出了“原子核是由中子和质子组成的”这一重要假说,从而使原子核物理学在实验和理论两方面沿着正确的轨道蓬勃发展起来,迄今整整60年了.然而,从现代的观点来看,人们目前仍不能确切地回答:“原子核是由什么组成的?”原子核作为多核子系统从本世纪30年代起,人们就认识到原子核是由两类核子（中子和质子）通过强相互作用结合起来的多体系统.     

中子星——一个巨大的汤姆逊原子

 ①已知原子核组成的半岛大家都知道,一个原子核是由一些质子和一些中子组成的高密物质.如果用质子数Z做纵坐标,中子数N做横坐标,那么已知的原子核大体上都分布在对角线附近,如图1所示:就是说,一个原子核内,质子数大体上与中子数相等.比如,常见的氮原子核¹⁴N是由7个质子和7个中子组成,而钙原子核⁴⁰Ca是由20个质子和20个中子组成.但是,随着质量的增大,原子核内的质子多起来,库伦排斥力就增大,使得稳定的原子核渐渐偏离对角线而向着中子偏多而质子偏少的方向弯曲.比如铁原子核⁵⁶Fe由26个质子和30个中子组成,碘原子核¹²⁷I由53个质子和74个中子组成.事实上,所有观测到的原子核,天然的和人工的,稳定的和放射性的,长寿命的和短寿命的,都集中分布在这条略有弯曲的近似对角线附近,形成半岛状分布.但是,这个半岛只能延伸到Z～106的地方.实际上,Z>92的原子核（超铀元素）都是不稳定的.Z越大,原子核越不稳定,越容易自发裂变.Z>106时,原子核寿命将短到无法观测.更重的原子核是无法形成了.所以,半岛以外,乃是一片不能存在原子核的汪洋大海.     

谈谈核物理学

 核物理是以原子核为对象研究物质性质的一门科学,它研究核内组分的运动,组分间的相互作用及核间碰撞规律。原子核是一个有限多体、强相互作用的量子体系,决定了它的复杂性,此外,核本身具有许多特点,例如高密度强束缚,使它成为精确检验和发展标准模型的良好“实验室”,确切地说,现代核物理是强子物理,核物理也是一门与其它科学有着紧密联系和广泛应用的科学。 一、核物理学的进化 人们对原子核的认识是从外向内逐层深入的,研究范围从一般到特殊、从正常到奇异逐步扩大。它的发展分别体现了对物质的组分及相互作用力两个方面认识的统一。核物理学的每一发展阶段都与技术进步、特别是与加速器的发展有关。     

用于核物理研究的精密激光谱技术的发展和展望

原子核基本性质（自旋、质量、寿命、磁矩、电四极矩和电荷半径等）与原子核的内在结构密切相关,是检验和发展原子核理论模型的重要依据。实验上可以通过多学科交叉的精密激光谱技术测量原子核外电子的超精细结构和同位素移位,来模型独立地提取原子核的自旋、磁矩、电四极矩和电荷均方根半径等多个核物理参量。这些基本性质的系统测量可以用于探索不稳定原子核中展现出来的新奇的物理现象与规律。近年来,为了测量产额更低的丰中子核的基本性质,激光谱技术不断更新和发展,以实现高分辨、高效率测量。本文详细介绍了激光谱测量的基本原理以及由此发展起来的用于不稳定原子核结构研究的各类互补的激光谱学技术,如共线激光谱（高分辨率低灵敏度）、在源激光谱（高灵敏度低分辨率）、共线共振电离谱（高分辨率高灵敏度）等激光谱技术,以及在不同核区的测量优势和局限。最后结合我国正在发展和规划中的新一代放射性核束装置,讨论精密激光谱技术在国内的发展以及在核物理研究中的应用。     

诺贝尔物理学奖百年回顾

 （续前）１９６１年霍夫斯塔特（ＲｏｂｅｒｔＨｏｆｓｔａｄｔｅｒ,１９１５-１９９０）因开创电子与原子核散射方面的研究并运用这种方法获得了有关原子核结构的概貌,穆斯堡尔（ＲｕｄｏｌｆＬｕｄｗｉｇＭｏｓｓｂａｕｅｒ,１９２９一）因研究ｙ辐射的共振吸收并发现了以他的名字命名的穆斯堡尔效应,共同分享了１９６１年度诺贝尔物理学奖。从１９５０年开始,霍夫斯塔特就利用斯坦福大学直线加速器提供的高能电子轰击金、铅、铝和被等原子核靶,然后按照电子的能量以及它们偏离入射方向的角度把电子进行分类,从而描绘出核内核子电荷分布的图像,进而得到原子核结构的概貌。     

Bi同位素链上原子核α衰变性质的理论研究

采用结团模型(clustermodel)计算了从10752Te到292116共443个核素α衰变的半衰期,所得结果与实验值符合得很好,显示了结团模型可以成功地应用于研究原子核α衰变的性质。同时研究了Bi同位素链上奇A核α衰变的半衰期,计算结果与已有的实验值的偏差一般在3倍以内,进而对实验上未知α衰变半衰期的原子核的性质进行了预言。这有助于将来在实验室探测与鉴别这些原子核以及研究它们的α衰变性质。理论与实验的比较将加深人们对原子核结构的认识。     

原子核双β衰变和轻子数不守恒

 原子核双β衰变实质上是二个单β衰变同时发生的过程,是一个二级弱相互作用过程.原子核单β衰变的一个典型过程是中子衰变为质子,并放出电子和反中微子,即n→p+e^-+（?）_e。自从1914年查德威克测量β衰变的连续谱以来,β衰变的研究一直是原子核物理和粒子物理的重要研究课题之一.我们知道,李政道和杨振宁提出的宇称不守恒定律,就是吴健雄通过原子核的β衰变研究而得到实验证实的.无独有偶的是原子核双β衰变的研究和自然界的另一重要守恒定律--轻子数守恒律是否破坏密切相关.     

SD对壳模型下原子核形状相变（英文）

在SD 对壳模型的理论框架下讨论了原子核形状相变模式。研究结果表明,该理论模型可以把相互作用玻色子模型中U（5）-SU（3）以及U（5）-SO（6） 形状相变模式再现出来,相互作用玻色子模型中有关临界点对称性的特征也可以很好地描述。本文同时也发现原子核从振动到转动的形状相变可以通过改变相互作用强度来实现。The nuclear shape phase transitional patterns were studied in the SD-pair shell model. The results show that the transitional patterns similar to the U(5)-SU(3) and U(5)-SO(6) transitions in the interacting boson model can be produced. The signatures of the critical point symmetry in the interacting boson model are also produced approximately. It is also found that the shape phase transitional pattern between vibration and rotation can also be produced by changing the interactional strength.     

使用超冷原子模拟自旋-轨道耦合

在量子力学系统中,粒子均具有内部的自旋角动量.它可以是本征的（例如,电子的自旋角动量或质子、中子的自旋角动量）,也可以是本征（在原子的情况下,分别来自电子以及核子的自旋角动量）与轨道角动量（在原子中,电子绕原子核转动的轨道运动）的结合.在原子核产生的静电场中,或是在固体的晶体电场中     

远离稳定线原子核的实验研究（Ⅰ）

综述了近年来我国在远离稳定线原子核实验研究中取得的重要进展．这些实验研究工作主要是在中国科学院近代物理研究所（ＩＭＰ）、中国原子能科学研究院（ＣＩＡＥ）和中国科学院上海原子核研究所（ＳＩＮＲ）进行的．文章还简要介绍了ＩＭＰ和ＣＩＡＥ现有加速器上研制的放射性束流线及进一步的发展计划．     

H7^—正八面体中心结构能量曲线的MACQM计算

采用改进了的排列通道量子力学（ｍｏｄｉｆｉｅｄａｒａｎｇｅｍｅｎｔｃｈａｎｎｅｌｑｕａｎｔｕｍｍｅｃｈａｎ－ｉｃｓ，简称ＭＡＣＱＭ）方法，计算了Ｈ－７正八面体中心结构的能量曲线。当中心原子核到顶角原子核的间距Ｒ为１．５０ａ０时，体系能量有一极小值－４．０３５２ａ．ｕ．。这表明Ｈ－７的正八面体中心结构是可能稳定存在的。     

碱金属原了关于l的能量简并为什么解除

从类氢原子的径向和角向概率密度分布出发，探讨碱金属原子关于ｌ的能量简并什么解除。指出传统的索末菲（Ｓｏｍｍｅｒｆｅｌｄ）椭圆轨道理论用偏心率大小不同来解释的错误，真正的原因在于各价电子离开原子核有远有近，同原子核的屏蔽势场的作用强弱不同     

北京谱仪轻奇特强子态研究

 自然界的物质由微观原子构成，原子是由位于中心的原子核与核外电子构成的。在更加微观的尺度上，原子核由核子（质子和中子）组成，核子由夸克组成。夸克是几种基本粒子之一，是构成宇宙的基本单元。物理学家用“味道”来区分不同的夸克，共有6种“味道”，分别是上夸克（u）、下夸克（d）、粲夸克（c）、奇异夸克（s）、顶夸克（t）和底夸克（b）。每一种味道的夸克还存在一个相应的反夸克。     

粒子物理学和核物理学的相互交叉

 自从1911年卢瑟福用α粒子作为炮弹轰击金属薄箔发现了原子核,核物理学发展为物理学的一个重要分支.进入20世纪50、60年代以后,由于高能加速器的迅速发展,人们对物质结构的认识又深入到更深层次,基本粒子的种类多达几百种,粒子物理学成为探索微观世界的最前沿的一个学科.粒子物理学的诞生和发展深受核物理学的影响,而粒子物理学的发展反过来又影响着核物理学的某些基本问题的研究.一、原子核的新自由度1932年查德威克发现了原子核内除了有质子外还有中子,接着海森堡提出了原子核是由质子和中子组成的,质子和中子一直是组成原子核的基本组成成份.原子核内的质子、中子结合很紧,那么是什么样的核力使它们聚集在一起.     

美国连续束电子加速器的能量升级到12GeV的科学与实验设备

驱动美国托马斯杰斐逊国家加速器装置（Thomas Jefferson National Accelerator Facility，简称JLab）的能量升级到12GeV的科学是研究胶子激发和色禁闭的起因，研究原子核的构件——核子是如何由夸克和胶子构成的，研究原子核的结构及寻找新物理等的一门科学，实验设备是12GeV的加速器、各种超导磁谱仪及极化靶等，在能量为12GeV的加速器中，将采用深度遍举过程和极化实验。     

原子与原子核的新形态——介子原子和介子核

 普通原子核由质子和中子组成。随着实验和理论研究的发展,人们认识到还存在着另外一类奇特的原子和原子核--介子原子和介子核。这些新形态的原子和原子核在自然界中是很难找到的,原因是它们的寿命很短。只有在实验室中才能观测到这些奇特的原子和原子核,所以一直不太被人们了解。然而近年来,新的实验现象和新的理论分析使人们对介子原子和介子核有了新的认识。我们在介绍介子原子和介子核之前,首先对介子作一个简单的介绍。介子跟核子一样都是参与强相互作用的粒子,各种介子都是由一个正夸克和一个反夸克组成的两夸克系统。不同的介子由不同的夸克组成。     

微波诱导光学核极化进展

微波诱导光学核极化（Microwave-Induced Optical Nuclear Polarization,MIONP）技术利用光激发三重态样品来极化电子,再用微波将处于非热平衡态的电子极化转移到待检测原子核,将原子核的检测灵敏度提高几个量级甚至更多．这种灵敏度极化增强方法可以用来进行蛋白质结构和动力学检测、光化学和光物理进程的基础研究、量子计算和低场核磁共振（Low-field Nuclear Magnetic Resonance,Low-field NMR）与磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging,MRI）应用研究．该文简要分析了MIONP的物理原理及其在核极化增强中的优势,结合实验条件综述了一些重要的成果．最后,对微波诱导光学核极化的前景作了展望．     

原子核体积效应对类锂离子体系基态能量的修正

用全实加关联的方法得到类锂离子1s22s（Z=21~30）波函数, 给出了原子核体积效应公式, 计算了原子核的体积效应及质量效应对类锂离子能级的修正. 结果显示, 在中等大小的核电核情形, 原子核体积效应对类锂离子能级的修正要比质量效应对类锂离子能级的修正要显著; 随着核电核数的增加, 原子核体积效应越来越重要.