超重核性质与合成机制的理论研究

探索原子核的电荷与质量极限,合成长寿命超重核是当前原子核物理研究的重要前沿问题之一。本文综述了我们近几年在超重原子核结构性质与合成机制方面取得的理论研究进展。在结构性质方面,利用处理对关联的粒子数守恒方法,基于推转壳模型,系统研究了锕系核与超镄核低激发谱,发展了多维形状约束的协变密度泛函理论并用于研究锕系核势能面和裂变位垒以及N=150同中子素中的非轴对称八极关联等。在超重核合成机制方面,系统研究了利用重离子熔合反应合成超重核的三步过程,包括俘获过程——提出了一个位垒穿透概率新公式、熔合过程——提出了一个基于动力学形变势能面的双核模型、存活过程——系统研究了激发态超重复合核存活概率等。系统研究了合成超重核的热熔合反应,得到的熔合蒸发截面与实验符合,并预言了合成119和120号超重元素的生成截面。     

核结构数据库(NSDB)

基于最新的实验评价和模型计算的核结构数据, 组建了一个更新的核结构数据库(NSDB), 目前,该数据库包括稳定同位素的丰度和原子质量, 原子核基态和分离激发态的性质, 及原子核的变形、半径及其它性质等三部分的数据.     

激发态过程的多体理论方法

描述多电子体系的绝大部分参量可实验测量,如吸收光谱、发光光谱和激子效应等,都涉及电子激发态的正确描述。密度泛函理论(DFT)框架内的局域密度近似(LDA)作为第一性原理基态理论,即基于Kohn-Sham方程的解,是研究多粒子体系基态性质非常有力的工具。然而,体系激发态的第一性原理理论及其计算要比基态的理论计算复杂得多。关键问题在于描写基态和激发态时,粒子间的交换关联相互作用并不相同,而对于非均匀相互作用多粒子体系的交换关联能至今仍不清楚。不过,近年来关于激发态问题的研究,先后发展了许多描述电子激发态的理论,最重要的是基于准粒子概念和Green函数方程的多体微扰理论和含时间密度泛函理论(TDDFT)以及与此相关的描述电子-空穴相互作用的Bethe-Salpeter方程在凝聚态物理问题中的应用。其中最关键的物理量是粒子的自能算符Σ,它描述Hartree近似之外的交换和关联效应。虽然这些理论不可避免地也要引入某些近似,如对于Σ的一个好的近似就是Hedin的GW近似方法。对许多实际凝聚态体系的计算机模拟结果表明,GW近似是描述激发态问题相当成功的理论方法。将Hartree-Fock(HF)理论与LDA相结合,但采用非局域屏蔽交换代替HF方法中的局域非屏蔽交换相互作用,建立广义的KS方程(GKS),得到所谓屏蔽交换局域密度近似(sX-LDA)方法。我们在平面波自洽场方法PWscf程序包的基础上,发展了PW scf-sX-LDA方法,也是处理激发态问题及材料设计的有效方法。将评述激发态过程多体理论各种方法的发展和意义,讨论这些多体理论方法之间的联系和差异,并在此基础上介绍它们在解决半导体带带跃迁(或带隙偏小问题)、半导体及其微结构中的激子效应等重要领域的应用和成果。     

核数据研究及应用的进展与展望

核数据包括核反应数据与核结构及放射性衰变数据。核反应数据是描述入射粒子与原子核发生相互作用的数据，核结构数据是反映核素自身基本性质方面的数据。核数据是核能利用、核工程建设、核技术应用以及核物理基础研究等方面不可缺少的基础数据，在核医学、材料分析、资源勘探、环境监测、宇航技术以及核天体物理研究领域也有着广泛的应用。本文简要介绍了核数据的种类、产生及应用，评述了国际核数据研究与应用现状以及发展动态、我国核数据研究现状及存在的问题，并对我国核数据工作未来发展方向提出了几点建议。     

Density Functional Study on Relative Energies, Structures, and Bonding of Low-lying Electronic States of Lutetium Dimer

用密度泛函理论方法研究了镥二聚体(Lu₂)低能量电子态的性质,计算了电子态相对能量、平衡键长、振动频率以及基态解离能,考察了密度泛函性质、相对论有效势种类以及Hartree-Fock交换作用大小对计算结果的影响．结果表明,无论采用何种密度泛函和相对论有效势,体系的基态都为三重态,与其他一些基于分子轨道理论的从头计算方法得到的结论是一致的．另外,与分子轨道从头计算结果以及实验结果比较发现,采用杂化密度泛函理论和Stuttgart小核有效势计算得到的结果总体吻合最好．最后,特别分析研究了B3LYP计算中Hartree-Fock交换作用大小对基态键长和基态解离能的影响,发现随着交换作用的增大,键长增长,解离能减小,这是由于5d轨道杂化导致的共价成键作用减弱造成的．     

温稠密参数下的双流不稳定性分析

温稠密物质状态是惯性约束聚变过程及天体演化过程中的重要物质发展阶段。随着密度的增加,量子效应逐渐显现并导致包括温稠密参数下集体激发行为与经典等离子体模型之间出现差异。密度泛函动理学方法是基于含时密度泛函理论建立的统计模型,并依据Wigner分布函数(相空间量子力学)发展的动理学输运方法,可以有效弥补经典等离子体理论对量子效应的忽略。基于密度泛函动理学方法,发现温稠密特征参数内费米狄拉克分布、交换关联效应、量子衍射效应等性质都对双流不稳定性起到抑制作用。密度泛函动理学方法有望为等离子体视角研究温稠密系统输运性质提供第一性的理论平台。     

中、高能核物理的一些进展

自从1932年发现中子之后,人们确信原子核是由中子和质子组成的.在此基础上发展了一系列的模型理论.首先,尼尔斯·玻尔用液滴模型成功地解释了核密度的饱和性,随后发现了原子核的幻数现象,并由此建立了原子核的壳层结构模型.五十年代初期,奥格·玻尔又提出了描述原子核集体运动的综合模型,解释了一系列原子核的低激发态性质.六十年代以来,又发展了核多体方法的微观理论,在解释低能核物理现象方面,取得了相当的成功. 七十年代以后,随着实验精度的提高以及用高能粒子(或由此得到的次级粒子)轰击原子核的实验增多,这些新的高能核物理现象,给原子…     

反转岛附近原子核奇特性质研究进展

反转岛附近原子核奇特性质的研究是当前核物理研究的热点。 首先简要回顾和介绍了反转岛附近原子核奇特性质的实验进展, 然后介绍了对这些奇特核性质的理论研究进展。 主要包括相对论平均场模型、 壳模型、 Hartree Fock模型和宏观 微观模型在该区域的发展和研究结果。 重点介绍了宏观 微观模型在反转岛附近原子核奇特性质研究中的进展。 此外, 还分析和比较了各种理论模型在描述反转岛附近原子核性质上取得的成功和模型之间的差异。     

核天体物理实验研究

研究微观世界的核物理与研究宏观世界的天体物理自然融合形成了前沿交叉学科——核天体物理。核天体物理的主要研究目标是应用核物理的知识和规律来阐释宇宙演化进程中化学元素合成及演化过程、时间标度、天体环境和天体场所,来说明恒星中核燃烧产生的能量及其对恒星结构和演化的影响,来认识致密天体的结构和性质。文章阐述了核天体物理研究的意义和现状,介绍了有关基本概念和天体网络模型所需的核物理输入量以及广泛应用的一些实验方法,同时扼要地分析了利用国内大科学装置开展核天体物理研究的可行性。最后对未来我国深地科学与工程实验室的建设前景做了展望。     

对关联对核基态和集体激发态性质的影响

基于相对论平均场和BCS理论,研究了共振连续对奇特核对关联性质的影响. 利用S矩阵方法，通过设定合理的散射态边界条件来得到单粒子共振态的能量和宽度. 通过引入连续态能级密度的方法来处理共振态宽度对核对关联的贡献. 计算结果显示合理地处理共振态对对关联性质的贡献在研究滴线附近核性质时很重要. 它可以影响中子的对隙、费米能级、对关联能以及总结合能. 其次,基于RMF+BCS基态,采用线性响应理论给出了描述开壳核集体激发态性质的准粒子相对论无规位相近似理论. 并且将该方法应用于开壳核120Sn的各种同位旋标量集体激发态性质的研究中. 研究表明：对关联对核的集体激发性质的影响主要表现在低能集体激发态上,考虑对关联后的相对论无规位相近似理论能够很好地再现低能集体激发的实验结果.     

基于散射实验极化靶的2.5T/1.3K的动态核极化(DNP)系统的开发

动态核极化法(Dynamic Nuclear Polarization, DNP)是利用热平衡下的电子在磁场中的高自旋极化率转移到原子核自旋的技术,从而极大的提高原子核自旋极化率。多种动态极化靶材料已广泛的用于自旋物理散射实验。本文介绍一种简单实用,共同开发的日本山形大学DNP系统,包括超导磁场,氦4蒸发恒冷器,微波系统以及NMR核磁共振检测系统,测得中子靶材料氘带丁醇(D-butanol)中氘核的极化率在2.5T/1.3K达到+6.5%。     

Nuclear physics from lattice QCD

We review recent progress toward establishing lattice Quantum Chromodynamics as a predictive calculational framework for nuclear physics. A survey of the current techniques that are used to extract low-energy hadronic scattering amplitudes and interactions is followed by a review of recent two-body and few-body calculations by the NPLQCD collaboration and others. An outline of the nuclear physics that is expected to be accomplished with Lattice QCD in the next decade, along with estimates of the required computational resources, is presented.     

Nuclear physics and ideas of quantum chaos

The field nowadays called “many-body quantum chaos” was started in 1939 with the article by I.I. Gurevich studying the regularities of nuclear spectra. The field has been extensively developed recently, both mathematically and in application to mesoscopic systems and quantum fields. We argue that nuclear physics and the theory of quantum chaos are mutually beneficial. Many ideas of quantum chaos grew up from the factual material of nuclear physics; this enrichment still continues to take place. On the other hand, many phenomena in nuclear structure and reactions, as well as the general problem of statistical physics of finite strongly interacting systems, can be understood much deeper with the help of ideas and methods borrowed from the field of quantum chaos. A brief review of the selected topics related to the recent development is presented.     

南开大学奇异性核物理的理论研究

简要介绍了南开大学核物理组在奇异性核物理方面的理论研究工作. 已经完成的工作有核介质内超子平均自由程的理论计算, 奇异性核物理方面已完成的其他4个理论研究课题是, 不同重子杂质对原子核的影响、重味重子超核、核物质内的eta-介子以及K介子原子核的性质.     

Lattice simulations for few- and many-body systems

We review the recent literature on lattice simulations for few- and many-body systems. We focus on methods that combine the framework of effective field theory with computational lattice methods. Lattice effective field theory is discussed for cold atoms as well as low-energy nucleons with and without pions. A number of different lattice formulations and computational algorithms are considered, and an effort is made to show common themes in studies of cold atoms and low-energy nuclear physics as well as common themes in work by different collaborations.     

QCD求和规则与强子物理

量子色动力学（QCD）求和规则是强子物理研究中的一种重要的非微扰方法, 已经成为强子物理与核物理研究中有力的工具。 简单介绍了QCD求和规则的基本概念、 方法与应用, 特别讨论了QCD求和规则近年来的发展和与之相关的一些前沿问题。 QCD sum rule is an important nonperturbative method in hadron physics, it has been a powerful technique in study of hadron physics and nuclear physics.We give a brief introduction to the basic idea, the method and its application of QCD sum rule, emphasize the development of this method and some topics in recent years.     

Nuclear tracks: present and future perspectives

Current research work related to the development of nuclear tracks comprising: (i) fundamental principles (nuclear track physics and chemistry, as well as development of track detectors and the relevant hard- and software), (ii) development of nuclear instruments and methods (etch track radiometers for ions, neutrons and cosmic rays, radon monitoring devices, radiography and fission track dating) is briefly outlined. The paper concentrates on a literature survey of applications of nuclear tracks in (iii) physical sciences (high-energy physics, nuclear physics and earth sciences), (iv) biomedical sciences (radiation protection, environment, cancer therapy), and (v) technological sciences (materials, nano-technology and nuclear technology).

Presently about 350 papers per year are being published in this field. Increased activity is noted in ion track technology (track-made membranes, modern nano-tech methodology including biological and biological-like samples, nano-electrode bio-electrochemistry, bio-magnetic assays and probes). New applications of nuclear tracks in fundamental (possibility of the detection of neutron quantum states in a gravitational field, nucleus–nucleus interactions, search for new chemical super-heavy elements) and applied science (precise measurements of the behaviour of radiation in human tissue in connection with of long term space missions and treatment of cancer) are surveyed, and possible research in the next decades is presented and examined in this review paper.     

General issues in small-x and diffractive physics

A selected review of topics at the border of hard and soft physics is given. Particular emphasis is placed on diffraction dissociation at Fermilab and HERA. Recently, significant differences between diffraction dissociation at HERA and at Fermilab have become apparent. This may suggest that one already is reaching nonlinear (unitarity) effects which are extending from the soft physics region into the semihard regime of QCD. Received: 3 November 1997     

The PANDA physics programme

The PANDA experiment at the future FAIR facility in Darmstadt, Germany, will use interactions of antiprotons with nucleons or nuclei to investigate fundamental questions of hadron and nuclear physics. Here, a brief overview of the physics programme is given, focusing on a few selected topics.