铀同位素链α衰变的研究

利用传输矩阵方法计算了铀同位素链$\alpha$衰变的穿透几率,并且与常用于计算势垒穿透几率的Wenzel Kramers Brillouin(WKB)近似方法进行了比较,发现由WKB近似方法得到的穿透几率比精确值小40%左右,而且WKB方法带来的误差与$\alpha$衰变的衰变能有很好的抛物线关系。基于结团模型,利用传输矩阵方法得到$\alpha$粒子穿透势垒的精确几率,计算了铀同位素链$\alpha$衰变的半衰期。还研究了势阱深度$V_0$、弥散宽度$a$和主量子数$G$对半衰期的影响。结果表明,考虑一组同位旋依赖的势阱深度和弥散宽度参数,结团模型能够较好地再现铀同位素链$\alpha$衰变的半衰期。     

重核的断前粒子发射与鞍点后摩擦的探测

基于考虑了粒子发射的随机Langevin模型，计算了重裂变核240Am在 鞍点后发射的中子、质子和$ \alpha $粒子多重性作为鞍点后摩擦强度($ \beta $)的函数。结果表明在高激发能($ E^* $)和高角动量($ \ell $)条件下，这些轻粒子发射对摩擦的敏感性变强。进而，比较了在(高$ E^* $，低$ \ell $)和(低$ E^* $，高$ \ell $)这两个不同初始条件下，240Am核在鞍点后蒸发的粒子随$ \beta $的演化。发现前者不但能增强核摩擦对粒子发射的影响，也显著提高了带电粒子对$ \beta $的敏感性。在实验方面，我们建议可以用中能重离子碰撞的方式产生高激发的重裂变系统，来更精确地用粒子发射(尤其是轻带电粒子)来探测鞍点后的摩擦强度。     

应用光核反应计算μ原子中的核极化效应

近年来，瑞士保罗谢勒研究所的CREMA合作组通过测量$\mu$氢原子兰姆位移显著提升了质子半径的测量精确度。然而这一新实验结果与已知质子半径标准值(CODATA)相差5.6个标准差，被称为质子半径之谜，受到众多物理学家的关注。受此启发，CREMA合作组在不同的$\mu$原子中展开了一系列兰姆位移光谱的测量实验。他们计划从这些$\mu$原子的测量中得到轻核(包括$^{2,3}{\rm{H}}$,$^{3,4}{\rm{He}}$)的电荷半径。除了对光谱测量精度的要求外，轻核半径的实验精度当前仍被一项理论输入量限制:核极化效应对$\mu$原子光谱的修正。核极化效应体现了$\mu$子与原子核进行双光子交换中对核的虚激发，进而对$\mu$原子能谱产生高阶修正。因此，这一效应与光核反应以及康普顿散射直接相关。核极化效应对兰姆位移的修正可通过计算光核吸收截面以及虚光子康普顿振幅的求和规则而得到。本工作运用第一性原理的核结构计算方法，研究了$\mu$原子中的核极化效应。通过结合现代核力模型与超球简谐基展开多体方法，计算了一系列与核极化相关的光核反应及康普顿散射求和规则。这一理论研究为从$\mu$原子光谱测量中对核半径的精确提取提供了关键性的理论输入。     

3M⊙ AGB星中26Al核合成的网络计算和反应率灵敏度分析

研究了3$M_{\odot}$AGB星中26Al核合成的网络计算和核反应率的灵敏度分析。结合最新的核反应率数据,建立了一个从碳到硅完整的核反应网络,计算了26Al的丰度。结果表明,26Al首先在AGB星中有效合成,随着核反应的进行,然后被一系列的核反应消耗。MgAl循环出现在26Al的网络中。我们将核反应网络中的主要核反应分为三类:(n, ${\rm{\gamma }}$),(p,${\rm{\gamma }}$)和($\alpha$, ${\rm{\gamma }}$),并对核反应率的灵敏度进行了详细的分析。已经确定了每一类中最有影响的核反应,它们是25Mg(n, ${\rm{\gamma }}$)26Mg,25Mg(p, ${\rm{\gamma }}$)26Al,26Mg(p, ${\rm{\gamma }}$)27Al,21Ne(p, ${\rm{\gamma }}$)22Na,18O($\alpha$, ${\rm{\gamma }}$)22Ne和22Ne($\alpha$,${\rm{\gamma }}$)26Mg。在目前网络所涉及的所有核反应中,25Mg(p, ${\rm{\gamma }}$)26Al是对26Al的产量有最大的影响,它值得核实验物理学家的关注。     

利用GEANT4研究轻带电粒子诱发反应出射中子双微分产额

轻带电粒子诱发反应产生次级中子的研究对于加速器屏蔽设计和优化具有重要意义。利用Geant4程序结合INCL、BIC、BERT物理模型分别计算了33 MeV的d核、65 MeV的3He核和4He核轰击厚的碳、铜和铅靶在轻带电粒子诱发反应产生次级中子的研究对于加速器屏蔽设计和优化具有重要意义。利用Geant4程序结合INCL、BIC、BERT物理模型分别计算了33 MeV的d核、65 MeV的3He核和4He核轰击厚的碳、铜和铅靶在$0^{\circ}$，$15^{\circ}$，$45^{\circ}$，$75^{\circ}$和$135^{\circ}$等方向出射中子的双微分产额，并与实验数据进行了比较。研究表明，对于33 MeV的d核诱发的核反应，INCL模型的计算结果基本上再现了碳靶和铜靶的实验数据，但高估了铅靶直接过程产生的中子。BIC模型和BERT模型的计算结果没有重现弹核削裂过程对应的宽峰。对于65 MeV的3He核诱发的核反应，三个模型的计算结果均未能重现前向角弹核削裂过程产生的中子，但在$15^{\circ}$，$45^{\circ}$，$75^{\circ}$和$135^{\circ}$上三个模型的计算结果与实验数据符合较好。对于65 MeV的4He核诱发的核反应，INCL模型的计算结果与碳靶和铜靶的实验数据符合较好，但低估了铅靶的中子产额。BIC模型和BERT模型的计算结果低估了碳靶的实验数据，且在大角度上略微高估了铅靶的实验数据。     

N=127同中子素219U和216Ac的α衰变研究

本工作通过重离子熔合蒸发反应 40Ar+183W，产生了质子滴线附近的轻锕系核素 219U和 216Ac。实验在兰州充气反冲谱仪(SHANS)上开展，目标核产生后从薄靶中反冲出来，在飞行中与大量的本底粒子进行分离并偏转到位于焦平面的探测系统中。探测系统对注入的反冲核和随后的$ \alpha $衰变进行探测，并利用寻找$ \alpha $衰变链的方法对产物进行寻找和鉴别。在本次工作中，219U已知的$ \alpha $衰变数据得到改善，其基态衰变到子核215Th基态的$ \alpha $粒子能量被确定为$E_{\alpha}\!=\!9\ 763(15)$ keV，半衰期为$ T_{1/2} $=60(7) μs。首次发现了219U两个新的$ \alpha $衰变分支，其能量为$ E_{\alpha} $=9 246(17) keV, 8 975(17) keV，并指认它们分别是从 219U 的基态衰变到子核 215Th的低激发态 (5/2–)和(3/2–)。此外，通过对 216Ac的$ \alpha $衰变数据的分析，证实了216Ac存在同核异能态。     

τ 轻子衰变及其应用

我们最近提出了一个新颖代数方法来研究$\tau$ 轻子衰变过程。这种方法是利用基本弱相互作用和角动量代数得到衰变振幅的解析式，从而可以关联不同的$\tau$轻子衰变过程。我们的研究还发现$G$宇称守恒在$\tau$轻子衰变及末态相互作用过程所起的重要作用。应用得到的解析公式讨论了一些有意义和有趣的应用，包括极化振幅和检验标量共振和轴矢量共振的性质。研究还发现有一个物理量对参数$\alpha$很敏感，因而有助于检验超越标准模型的不同模型。更重要的是，我们在$\tau$轻子衰变中开辟了一个新方向检验标量共振态和轴矢量共振态的性质，这些共振态被认为是赝标-赝标或矢量-赝标场相互作用动力学产生的。在$\tau$轻子衰变中预言了不同反应道的不变质量分布和最后衰变分支比，结果表明它们均在未来大科学装置——中国超级陶粲装置开展相关实验的可以探测的范围内。     

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。     

等效质量模型中的重子质量谱

在等效质量模型框架下,考虑线性禁闭和一阶微扰相互作用的贡献并通过拟合$ \mathrm{p} $、$ \mathrm{n}$、$\Lambda$和$ \Delta $的质量来得到模型参数。发现,等效质量模型能够较好地给出符合实验的重子质量谱。而禁闭强度$D$、强耦合常数$\alpha_{\rm{s}}$以及夸克质量因子$f$与微扰强度$C$之间都存在关联,并能够很好地用解析公式逼近。除此之外,单胶子交换相互作用的色磁部分在重子质量谱中起着重要作用,从而使自旋$J=1/2$和3/2的重子之间的质量差最高达到300 MeV。为了更好地描述超子质量,对于包含奇异夸克的一对夸克间的相互作用我们进一步采用不同的强耦合常数,其具体的模型参数通过拟合$ \Sigma $和$ \Xi $的质量得到。基于本工作得到的等效质量模型参数组,能够更好地描述$ \mathrm{ud}$夸克物质团、奇异子以及致密星。     

中子星可观测量与不同密度段核物质状态方程的关联

中子星物质主要是由高密度非对称核物质组成。目前通过地面重离子碰撞等实验来认识高密度非对称核物质的物态还存在很大的不确定性。随着对中子星天文观测精度的提高以及可观测量的增多,基于对中子星的天文观测来反向约束高密度非对称核物质物态成为了可能。从理论上去探讨中子星的可观测量与不同密度段物态方程的关联程度,将有助于上述反向对中子星物质物态的研究。本文利用分段式多方物态方程,通过对中子星的半径(R)、潮汐形变参数($\varLambda$)、转动惯量(I)等可观测量的计算分析,给出了这些观测量与物态方程各密度段的关联度。结果表明,质量为1.4$ M_{\odot}$的典型中子星潮汐形变参数($\varLambda$)和f-模频率($\nu$)主要与$ 0.5\rho_{\rm{sat}} \sim 1.5\rho_{\rm{sat}}$、$ 2.5\rho_{\rm{sat}} \sim 3.5\rho_{\rm{sat}}$和$3.5\rho_{\rm{sat}} \sim $$ 4.5\rho_{\rm{sat}}$ 三个密度段物态方程有较强关联;中子星半径(R)主要与$ 1.5\rho_{\rm{sat}} \sim 3.5\rho_{\rm{sat}}$及壳层物态有较强关联;转动惯量(I)与$ 4.5\rho_{\rm{sat}}$以下各密度段均有一定关联。     

丰中子核63,65,67Mn的在束γ谱学研究

利用放射性束68Fe轰击液氢靶引起的敲出反应，研究了极端丰中子核63,65,67Mn的激发态，指认了它们的自旋宇称，建立了这三个原子核的能级纲图。纲图包含11/2–、9/2–和 7/2– 三个激发态以及$5/2_{\rm{g.s.}}^{-}$基态，它们由三条$\Delta I \!=\! 1$的$\gamma$跃迁连接。这种能级结构与$K \!=\! 5/2$时强耦合转动带的特征一致。使用改进的LNPS有效相互作用(LNPSm)的大规模壳模型计算能很好地重现观测到的能级。计算表明，65,67Mn的低位激发态都主要包含处于$4p{\text -}4h$的中子组态和$1p{\text -}1h$的质子组态。基于实验结果发现，在吸积中子星壳中，与质量数$A \!=\! 63$相关的Urca中微子冷却效果比预期的要强很多，而$A \!=\! 65, 67$的冷却效果比预期的更弱。     

Os-Pt区核的基态三轴形状

在偶-偶核基态中寻找稳定的三轴形状, 其中最大三轴形变为$ \left| \gamma \right| $≈30°,仍然是核结构的一个主要主题。 在本工作中,使用推转Woods-Saxon(WS)壳模型来研究Os-Pt区基态和集体转动态中可能的三轴形状。为寻找核态可能存在的三轴形变,具体用对力-形变-转动频率自洽推转壳模型对偶-偶176-202Os和182-204Pt同位素进行了总Routhian面计算。计算是在四极形变($\;{\beta _2} $, $ \gamma $)网格中进行的,而十六极形变$\;{\beta _4} $可变。事实上,在四极形变($\;{\beta _2} $, $\gamma $)的每个网格点上,计算的能量相对于十六极形变$\; {\beta _4} $最小化。发现某些核的基态譬如196Os和188-194Pt既非扁椭球亦非长椭球, 而是在这些核中基态极小值是形状非轴对称的,即三轴形变。同时, 我们把从实验数据提取出的转动惯量与我们的计算结果作比较, 显示实验数据不能很好地与转动假定相一致,说明有振动行为。此外,我们使用一种辅助的方法提取了平衡$\gamma _{0} $值,该值支持我们的预言。     

235, 237Np高自旋态的理论研究

锕系核的转动性质对于揭示$A \approx 250 $质量区原子核的顺排机制、对关联性质、能级结构等十分重要,研究这些核的高自旋结构一方面可以对现有的理论模型进行检验,另一方面有助于深入认识超重核。本工作采用基于推转壳模型的粒子数守恒方法研究了实验上观测到的$^{235}{\rm{Np}}$和$^{237}{\rm{Np}}$中转动带的性质,计算得到的转动惯量、角动量顺排等与实验符合。首先,通过描述转动谱的$ab$公式确定了$^{235}{\rm{Np}}$中观测到的转动带的带头自旋。随后,通过对比理论与实验上的转动惯量,确定了其组态为$\pi 5/2^-[523]$。此外,也讨论了高阶形变$\varepsilon_6^{}$对中子$j_{15/2}^{}$顺排的作用,探索了在计算中出现而在实验上未观测到中子$j_{15/2}^{}$顺排的原因,从而解释了$^{235, 237}{\rm{Np}}$的转动带中产生上弯的机制。最后,还讨论了$^{237}{\rm{Np}}$的转动带$\pi 5/2^-[523]$中出现旋称劈裂的原因,发现可能是由于这个转动带的两个旋称分支上弯以后高阶形变$\varepsilon_6^{}$不同所导致的。     

Polyakov-loop拓展的夸克介子模型中的Roberge-Weiss相变研究

${\mathbb{Z}}_3$-QCD是具有严格中心对称性的类QCD理论，研究其在特殊条件下的性质有助于理解QCD退禁闭相变。本文应用三种味道的Polyakov-loop拓展的夸克介子模型作为${\mathbb{Z}}_3$-QCD的低能有效理论，研究了不同中心对称性破缺模式下的Roberge-Weiss(RW)相变。为保证RW周期性，本文采用味道依赖的虚化学势$(\mu_{\rm{u}},\mu_{\rm{d}},\mu_{\rm{s}})={\rm{i}}T(\theta-2C\pi/3,\theta,\theta+2C\pi/3)$，其中${\mathbb{Z}}_3$-QCD是具有严格中心对称性的类QCD理论，研究其在特殊条件下的性质有助于理解QCD退禁闭相变。本文应用三种味道的Polyakov-loop拓展的夸克介子模型作为${\mathbb{Z}}_3$-QCD的低能有效理论，研究了不同中心对称性破缺模式下的Roberge-Weiss(RW)相变。为保证RW周期性，本文采用味道依赖的虚化学势$(\mu_{\rm{u}},\mu_{\rm{d}},\mu_{\rm{s}})={\rm{i}}T(\theta-2C\pi/3,\theta,\theta+2C\pi/3)$，其中$0\!\leqslant\!{C}\!\leqslant1$。传统的和夸克反馈效应改进的两种不同Polyakov-loop势被分别用于相应的计算。研究表明，当$N_{\rm{f}}\!=\!3$，$C\!\ne\!1$时，RW相变出现在$\theta=\pi/3$(mod $2\pi/3$)处，其强度随$C$值的减小而加强；当$C\!=\!1$，$N_{\rm{f}}\!=\!2\!+\!1$时，RW相变位置出现反常，变为$\theta=2\pi/3$(mod $2\pi/3$)；而当$C\!=\!1$，$N_{\rm{f}}\!=\!1\!+\!2$时，RW相变点又返回$\theta\!=\!\pi/3$(mod $2\pi/3$)。上述几种情形的RW相变端点均为三相点。研究发现，夸克反馈效应使得RW相变强度减弱，退禁闭相变温度变低，但并未改变前述的定性结论。