清华大学物理系原子核物理研究的新进展

在清华大学物理系成立80周年之际,对近年来清华大学物理系原子核物理研究的主要进展情况作一介绍,包括原子核高自旋态的实验研究,原子核结构的理论研究,高能核物理的理论研究.在高自旋态研究方面,内容包括在A～100丰中子核区核的集体振动转动带结构、新的准粒子带特性、新手征二重带等特性研究;在A～140丰中子核区核的八极形变及八级关联等特性研究;在A～130缺中子核区核的形状驱动效应,包括扁椭形变带、形状共存等特性研究.在原子核结构理论研究方面,内容包括用相互作用玻色子模型、推转壳模型、投影壳模型以及相对论平均场对原子核特性的研究;对原子核结构或其他量子系统的各种对称性和代数方法的研究,如动力学对称性、超对称性、势代数方法等;与对称性紧密联系的普通李代数和非线性李代数的表示,如普通李代数、李超代数、平方根型非线性李代数、多项式型非线性李代数等.在高能核物理研究方面,内容主要包括量子色动力学（QCD）在高温高密条件下的相变以及在相对论重离子碰撞中相变信号的研究.     

反射不对称壳模型及Ra八极形变带的描述

应用变分法,建立了反射不对称壳模型(RASM)的基本理论框架.通过计算RASM的本征方程可以得到原子核的八极转动带.在RASM框架下,再现了典型八极形变偶偶核Yrast带的一些基本特征.计算了典型八极形变偶偶同位素^222—230Ra的Yrast带,理论与实验符合得很好.     

原子核高自旋态的半径典研究

用推广的汤马斯-费米近似和Skyrme势研究了原子核的高自旋态,应用推转模型给出了含转动的能量密度公式,并计算了¹¹⁶Sn,¹⁵⁸Yb和²⁴⁰Pu这三个典型核在不同角动量下的核形变与转动能.计算结果定性地与液滴模型相似,在数值上则有一定差别.计算结果表明,对转动能的量子修正,即使不考虑壳修正,也不能忽略.     

原子核壳模型发现前后

 大约四十年前,梅耶和詹森分别独立地提出了原子核壳模型,成功地解释了幻数等原子核结构的主要特性.虽然这个模型并未最终解决原子核结构问题,但它应作为研究原子核结构的基础模式已为世人所公认.因此,梅耶、詹森和对群论在核谱学上的应用作出重大贡献的魏格纳一起荣获了1963年度诺贝尔物理学奖金。本文介绍发现原子核壳模型的前后经过.卢瑟福发现原子内有核存在在1906年卢瑟福发现α粒子散射现象以后,盖革和马斯顿做了大量α粒子散射的研究工作.     

相对论类壳模型方法对轻核中的α集团现象的研究

利用相对论类壳模型方法(RMF+SLAP), 研究了包含对关联情况下, 轻核⁸Be, ¹²C, ¹⁶O, ²⁰Ne中的可能出现的α集团效应. 结果很好地再现了轻核的α集团结构. 与没有考虑对关联的情形相比, 对关联可以使原子核基态性质发生改变, 导致不同的α集团结构.     

核结构研究的几个里程碑与中国核结构研究20年

原子核物理学已成为人类社会发展中不可或缺的重要组成部分. 人们对于核结构的认识, 有如下几个里程碑: 原子核的发现, 原子核的组成及其粗块性质, 原子核壳结构, 形变与集体运动(转动与振动), 对关联与超导性, 高自旋态, 奇异变形核态, 奇特原子核, 超重原子核等. 经过几代人的努力, 中国的原子核结构研究也经历了从无到有、从弱到强的发展历程. 特别是近二十年以来, 中国核结构领域在人才培养、学科地位、文章发表、学术会议等国际舞台都有一席之地, 做出了一些原创性的成果. 本文将扼要介绍20年来中国核结构研究的成果.     

μ－在原子核上的俘获

利用多体场论方法,本文对μ^－在原子核上的俘获作了系统研究.在没有任何可调参数的情况下,对于从轻核到重核各种原子核上的μ^－俘获率作了计算.发现,自旋-同位旋相关的强作用的重整化效应及μ^－在原子核上的束缚能效应是透彻理解这种弱作用过程的关键.     

核结构中转动对称性自发破缺: 某些理论问题

反射不对称壳模型被推广为包含三轴不对称自由度. 旋称反转, 摇摆带和手征带结构, 可由本理论模型描述为某些原子核具有自发破缺的内禀平均场的结果. 作为该理论的应用,通考察原子核的旋称反转和手征性现象, 研究了三轴转动这个核结构中的基本问题. 旋称反转现象被解释为三轴变形核中动力学推转轴的改变. 对¹³⁴Pr中的候选手征二重带的性质给出了新的认识.     

原子核模型的研究

到目前为止,物理学家提出了许多原子核模型.最著名的有:1932年费米提出的气体模型的原子核结构;1935年由N·玻尔和费伦克尔提出的液滴模型;1949年由迈耶夫人和简森各自提出的壳层模型;由A·玻尔和莫特尔逊于1953年提出的集体模型(综合模型).本人认为,原子核的结构应为磁场结构模型.下面就对这一结构模型进行说明.1原子核内的质子问的受力分析     

60—66Zn同位素核的同位旋与混合对称激发

利用相互作用玻色子模型3研究了^60—66Zn同位素的能级结构.通过对波函数的分析,研究了这些核中的混合对称态.确认了⁶⁰Zn核中的同位旋激发态.对计算的能级和跃迁几率同实验数据进行了比较.得到的这些结果以及计算中确定的参数值表明Zn同位素是从振动到gamma不稳定的转动的过渡核.     

形变核中的E2和M1强度:赝-SU(3)模型的应用

通过-SU(3)壳模型对¹⁶²Dy核的描述,揭示了原子核的复杂多体行为能通过简单的几何图像来解释.     

原子核的结团性质

原子核结团现象是原子核运动中普遍存在的现象。本文评述了原子核结团模型研究的进展和结团思想在核结构性质、核衰变、核反应方面引人注目的发展。     

丰中子核区奇A核八极形变及A=130区一些缺中子核高自旋态研究

对近几年来清华大学物理系核物理研究组原子核高自旋态实验研究的一些新进展进行了介绍.内容包括两个部分:第一部分介绍通过国际合作,利用测量裂变瞬发γ谱方法对A=140丰中子核区的奇A核^143,145Ba,^145,147La等的极形变研究的进展.第二部分简述对A=130缺中子核区的^134,137,138Ce及¹²²Ba等核高自旋态研究,包括形状驱动、八极关联、集体回弯等效应.     

质子散射对16O原子核α结构的检验

利用质子散射作为手段对¹⁶O的α粒子结构模型进行了检验.基于4α结构模型,对跨度整个中能区的质子与¹⁶O核的弹性角分布进行了无自由参数的计算.理论与实验基本符合.     

11Be的结构

在粒子-振动模型(PVM)的基础上研究了¹¹Be核的基态特性、低激发态和电偶极跃迁,理论结果与实验符合很好.计算结果表明,¹¹Be的基态是单核子运动与核芯¹⁰Be的表面集体振动相耦合的结果.¹¹Be的晕结构也得到合理的解释.     

相对论Thomas-Fermi近似下的核半径公式

使用QHD-I的相对论核场论模型,在Thomas-Fermi近似下讨论核力作用半径公式 R=R₀A^1/3,发现理论计算R₀的结果与高能α粒子与原子核散射的实验结果很好地符合.     

A^80核区在束γ谱学研究进展

为深入研究原子核手征对称性自发破缺等重要的科学问题,山东大学(威海)核物理研究团队利用在束γ谱学实验技术,系统研究了A^80核区一系列原子核的能级结构,丰富了这个区域原子核的谱学信息,并对这些原子核的对称性、形状和运动模式等问题进行了探讨。研究结果表明,在A^80核区存在包括奇奇核和奇A核在内的多例候选手性原子核,能级寿命测量支持80Br的手性解释。此外,本文也讨论了随着中子数的增加,手征几何和八极关联效应的演化情况以及这个核区近球形核的中子跨壳激发现象。     

A≈80区奇–奇核80,82Rb的晕带能谱计算

在A≈80区奇-奇核旋称反转问题上已提出几种机制,但没有一种理论推断是结论性的.在本工作中将角动量投影壳模型应用到^80,82Rb核,对组态为πg_9/2⊙νg_9/2的正宇称晕带和组态为π(p_1/2,p_3/2,f_5/2)⊙νg_9/2 的负宇称晕带理论计算和实验结果进行了比较,特别是对正宇称晕带中的signature反转机制进行了探讨.角动量投影壳模型计算显示正宇称晕带中的signature反转是原子核随自旋增加形状发生变化的信号,其间原子核从低自旋的长椭球变到高自旋的扁椭球.此外,还确定了此两带的原子核形状     

丰中子核145,147La的八极形变

通过对²⁵²Cf自发裂变产生的瞬发γ谱的实验研究,建立与扩展了丰中子核^145,147La的高自旋态能级图,最高自旋态达到(41/2⁺)与(43/2^－).测得的交叉相联的相反宇称带及带间的强化E1跃迁说明在^145,147La中形成强的八极形变.对¹⁴⁵La的研究表明,具有轴对称形状的四极形变与具有反演不对称形状的八极形变在同一核中产生共存与竞争.在πh_11/2带中观测到的带交叉位于ω≈0.26—0.30MeV附近,由推转壳模型计算表明,它是由一对i_13/2中子的顺排所引起的.     

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。