幻数和幻数的最新科研成果简介

 自从德国核物理学家迈耶用轨道和自旋相互作用来解释原子核的结构,并建立了“壳层模型”,由此而获得１９６３年诺贝尔奖后,物理学界一直认为,幻数是固定不变的。而近日,日本科学家发现了新的幻数,说明幻数不是固定不变的。本文仅就这一问题简介如下： 一、什么是幻数 众所周知,一切物质都是由分子构成;分子又是由原子组成;原子都是由带正电的原子核和带负电的电子组成;原子核是由带正电的质子和不带电的中子组成。不同元素的原子,其原子核质量和原子核中质子、中子的多少是不同的。在质子数、中子数是某个特定数值或两者均为这一数值时,原子核的稳定性就比平均值大。这些数值被称为“幻数”。     

相对论平均场理论框架下对能的系统研究

在相对论平均场模型的框架内,沿原子核的稳定线,以每隔4个质子或中子提取样本的方法,计算了核谱图上数十个原子核的对能,特别是研究了氧同位素偶-偶核的对能随核子数的变化规律,发现在固定能隙Δ的条件下,对能的大小和核的壳结构有关,由此提出了一种检验闭壳效应的简便方法,进而发现中子数N=6不仅在轻核的丰中子区是一个新幻数,而且在丰质子区也是一个可能的新幻数. 关键词： 相对论平均场模型 对能 能隙 幻数     

锡132的双幻核特性检验

在中子和质子数都为幻数的所谓双幻原子核中添加一个中子,并观察其所处的状态,可以检验壳模型并理解超新星中重元素的产生问题.     

原子核质量模型的检验

基于AME2016发布的基态原子核质量数据,分别从模型的精度及实验预言的中子新幻数两方面系统比较分析了八个普适核质量模型的可靠性及预言能力.分区系统的计算了八个核质量模型预言的核质量均方根偏差,分析发现对现有实验数据精确度较好的是Bhagwat和WS4两个模型.通过分析中子壳能隙随中子数的变化趋势发现KTUY, WS3和WS4三个模型可以较好地再现中子新幻数N=32引起的突变行为,预言了在Cl和Ar同位素链中N=32极有可能是新的幻数.通过分析超重区域a衰变能随中子数的变化趋势发现FRDM12, WS3和WS4三个模型均可以较好地再现N=152, 162的子壳现象,且预言了对于质子数Z=108—114同位素链在N=184处原子核的寿命相对较长.     

传统中子幻数稳定性的研究

在考虑了BCS理论的相对论平均场模型框架内,通过系统研究N=8,20,28,50,82和126六条同中子素链中每个元素费米面附近的单粒子能级间隔、粒子数占有概率比以及原子核体系的粒子数偏离随质子数的变化规律,讨论了传统中子幻数的壳结构在从中子滴线区到质子滴线区整个核谱上的稳定性,预言只有在轻核的丰中子区域,传统的中子幻数效应才可能消失,并把计算结果和最近的文献报道作了比较. 关键词： 相对论平均场模型 能级间隔 占有概率 粒子数偏离     

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…     

相对论平均场理论中的张量项对自旋-轨道劈裂的影响

在相对论平均场理论中引入同位旋标量-矢量介子ω张量项, 以²⁰⁸Pb为例,研究了张量项对原子核平均势场、介子场、自旋-轨道耦合势、单粒子能级的自旋-轨道劈裂和原子核壳层结构等的影响.结果发现张量项对核子平均势的影响主要表现在原子核的表面.随着张量耦合强度的增加, 自旋-轨道耦合势增强,单粒子能级的自旋-轨道劈裂增大,从而导致原子核单粒子能级的壳层结构发生很大变化,传统幻数所对应的主壳消失, 新的主壳出现.     

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.     

最大变形的核锶-76

原子核的形状是其看似简单的微观性质 ,然而却是很难测量的 .一般说来质子与中子都处于满壳层的核是球形的 .满壳层外增加几个质子或中子时 ,核将发生形变 .较轻的N =Z的核 ,如He - 4、C - 12、O - 16和Ca -4 0是相当稳定的 ,也是地球上 ,特别是生命物质中 ,最重要的一些核素 .     

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.     

原子核质量的高精度测量

原子核的质量直接反映了核内强相互作用、电磁相互作用和弱相互作用的结果.文章简要阐述了原子核质量测量的意义、现状和主要方法,介绍了基于兰州重离子冷却储存环的原子核质量测量实验,比较了首次得到的63Ge,65As,67Se和71Kr核质量测量值与理论计算结果,探讨了65As质量对天体物理快质子俘获过程的影响,文章最后给出了今后的研究内容.中国科学院近代物理研究所在轻质量丰中子区,系统测量了从Ne到Ca核素的质量,研究了N=20和28幻数随中子数和质子数变化的演化;在丰质子区,精确测量了快质子俘获路径上关键核素的质量,为解释X射线暴等爆发性天体过程提供重要的质量数据;在中重丰中子区,系统地测量丰中子核质量,通过天体网络计算模拟超新星爆发中的快中子俘获过程.     

丰中子Zn核素奇特核结构讨论和展望

不稳定核结构是当前核物理研究的前沿热点问题之一，尤其是针对丰中子幻数核附近的区域。中子数N=40, 50附近镍区域核素展现出丰富的结构特征，激励了众多理论和实验研究。原子核的基本性质与核的结构密切相关，这里我们选择分析丰中子Zn(Z=30)同位素的基本性质来进一步了解这一核区的核结构特征。本文回顾了在欧洲核子中心(CERN)的ISOLDE测量Zn 同位素的实验，基于62–80Zn 核素基态和长寿命同核异能态的自旋、磁矩、电四极矩以及电荷均方根半径等基本性质，并结合各种大规模壳模型计算结果，系统地讨论了这一核区的壳结构演化、幻数特征、奇特形变和形状共存，以及核子间关联激发等物理现象。最后，基于已有的实验数据和物理现象，以及理论预言的 N=50以上镍核区的能级演化特征，我们提出在ISOLDE的共线共振电离谱装置上测量更加丰中子的81,82Zn 核素基本性质的实验设想。     

原子核的配对壳模型及数值计算(I)

原子核配对壳模型用“真实”的价质子对和价中子对构造组态空间的波函数,包含了单粒子能量项的贡献.在配对壳模型内,费米子运力学对称模型(FDSM)和相互作用玻色子模型(IBM)可以作为它的特殊情况.本文报道这一模型的思想、框架及其数值计算程序.     

低能重离子碰撞过程中的壳效应

利用耗散动力学方程与主方程耦合求解并在考虑壳修正的情况下计算了单闭壳原子核碰撞系统和非满壳原子核碰撞系统的电荷、质量的一次矩、二次矩和中子质子关联函数.对于两类不同的碰撞系统而言,电荷、质量的二次矩和中子质子关联函数均存在系统而明显的差别.将理论计算结果与实验值比较,基本一致.表明壳效应对于低能重离子碰撞中的电荷、质量二次矩和中子质子关联函数的影响是明显的.     

N=28丰中子核的形变和形状共存研究

利用同位旋依赖的尼尔逊势,在宏观-微观理论框架下,计算了幻数N=28同中子链上原子核的性质,研究了N=28同中子链上原子核的形变和形状共存现象. 研究结果表明,N=28这个幻数在Na,Mg, Al同位素链上有着强的形状共存现象. 此外,计算表明⁴²Si的基态为扁椭球,同时在Si同位素链上的形状共存现象相对较弱. 关键词： 同位旋 幻数 形变 形状共存     

物理学史中的八月 1969年8月9日:发现π介子开启粒子世界新大门的鲍威尔辞世

正1932年,英国物理学家查德威克(James Chadwick,1935年诺贝尔物理奖)宣布发现了中子,除了将当时所知的基本粒子由三个(光子、电子、质子)增加为四个之外,物理学家也马上确认原子核是由质子和中子所组成。但新的问题出现了,是什么样的作用力可以让质子和中子们相互拉扯,住在原子核那么小的空间中?要构成原子核这样的强固结合体,万有引力和电磁力都嫌太微弱了。     

中子星——一个巨大的汤姆逊原子

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     

质子放射性和质子衰变

“质子衰变”一词,可以有两个意思:其一,如同α衰变、β衰变,指原子核在衰变过程中释放出α粒子、β粒子,质子衰变,即指放射出质子;其二,指质子本身可能不稳定,要衰变为其它的粒子.为了区分两者,现巳把前一种现象称之为质子放射性,后一种称为质子衰变.无论对那一种现象的研究,在近年来都取得了很大的进展.1.质子放射性 在稳定的原子核中,中子数和质子数有一定比例。当原子核内的中子数少到一定程度时(缺中子核素),从原子核的结合能的变化规律可以知道,原子核能够以释放质子来达到稳定[1].但是,在1982年之前,在实验中只找到一个从原子核同质…     

稀土区对力强度的研究

在相对论平均场框架下系统地研究了稀土区同位素链的对力强度, 首次发现了 中子的对力强度G_n在中子幻数N=82处突然增大以及质子的对力强度G_p和中子的奇、偶性有关的特性, 证明了对力强度本质上是和核的壳层结构紧切相关. 另外, 还给出了计算对力强度G_n和G_p的一般公式.     

一些近期发现的同核异能态的壳模型解释

近期，在101In、123,125Ag和218Pa等核中，首次观测到同核异能态。本工作通过原子核壳模型解释In、Ag同位素和$N\!=\!127$同中素中的这些同核异能态及相关的同核异能态背后的物理原因。101-109In这五个奇A核In同位素中，观测到的$1/2^{-}$同核异能态的激发能非常接近。这可以通过引入中子近期，在101In、123,125Ag和218Pa等核中，首次观测到同核异能态。本工作通过原子核壳模型解释In、Ag同位素和$N\!=\!127$同中素中的这些同核异能态及相关的同核异能态背后的物理原因。101-109In这五个奇A核In同位素中，观测到的$1/2^{-}$同核异能态的激发能非常接近。这可以通过引入中子$0g_{7/2}$和$1d_{5/2}$轨道间的很强的组态混合来解释。更进一步分析表明，这些奇A核In同位素中，从$9/2^{+}$基态到$1/2^{-}$同核异能态，一个质子从$1p_{1/2}$轨道激发到$0g_{9/2}$轨道。这一质子组态变化可能引发中子$0g_{7/2}$和$1d_{5/2}$轨道的单粒子能变化。这样一个原子核内的组态依赖的壳演化被称为第二类壳演化。与In同位素类似，123,125Ag的同核异能态被发现是$1/2^{-}$态，对应着一个质子空穴在$1p_{1/2}$轨道。但之前观测到的115,117Ag的$1/2^{-}$态是基态。这意味着质子$1p_{1/2}$轨道和$0g_{9/2}$轨道在$N\!=\!72$附近发生了反转。壳模型分析表明张量力是造成这两个轨道反转的决定性原因。之前观测到的奇奇核$N\!=\!127$同中素210Bi、212At、214Fr和216Ac中，基态是$1^{-}$态，同时存在高自旋的同核异能态。然而，基于$\alpha$衰变性质和壳模型计算，推荐218Pa中的基态和新发现的同核异能态分别为$8^{-}$态和$1^{-}$态。奇奇核$N\!=\!127$同中素基态和同核异能态的演化是由质子中子相互作用从粒子粒子形式转化为空穴粒子形式以及质子组态混合所导致。总的来说，壳模型对这些双幻核100Sn、132Sn和208Pb附近核中新发现的同核异能态有较好的描述。双幻核附近核中的同核异能态，也称为壳模型同核异能态，是核结构研究中非常重要的。因为这些同核异能态常常提供了中重质量区域极端丰中子和缺中子原子核中的第一个谱学性质，并包含了丰富的物理信息，比如质子中子相互作用及其在壳演化中的作用。