原子核层次的手征对称性

对称性及其破缺是基本的科学问题。手征对称性在自然界中广泛存在,大至星系旋臂、行星自转,小到矿物晶体、有机分子、基本粒子,都与手征对称性密切相关。原子核层次的手征对称性概念于1997年提出,随后成为核物理研究的热点问题。目前,实验上已经在核素图上的80,100,130和190质量核区发现了30多例可能具有手征对称性的原子核。简要介绍原子核中的手征对称性概念;手性原子核的预言、识别以及实验验证;并通过展示手性原子核结构的多样性（M_χD）,回顾了理论和实验研究进展;介绍最新发现的原子核中手性和空间反射对称性的联立自发破缺,对未来手性原子核研究的前景进行了展望。Symmetry and its breaking are basic scientific problems. Chiral symmetries are common in nature, for example, the macroscopic spiral arms of galaxies and the rotation of planets; the microscopic spirals of the mineral crystalline, the organic molecules and the elementary particles. The concept of chirality in atomic nuclei was first proposed in 1997. Since then many efforts have been made to understand chiral symmetry and its spontaneous breaking in atomic nuclei. Up to now, more than 30 candidates of chiral nuclei have been reported in the 80, 100, 130, and 190 mass regions. The concept of the chirality in atomic nuclei, the prediction, the signal, and the experimental verification of the chiral nuclei are briefly introduced; the recent theoretical and experimental progress are reviewed, in particular the existence of multiple chiral doublets (M_χD), i.e., more than one pair of chiral doublet bands in one single nucleus; the simultaneous spontaneous breaking of chiral and reflection symmetry in the newly observed atomic nuclei is introduced, together with a prospect on the future study on nuclear chiral symmetry.     

实验探索原子核中手征与空间反射对称性的联立自发破缺

原子核的手征对称性和空间反射对称性研究是近来原子核结构研究的前沿热点问题,吸引了大量的实验和理论研究。通过在束伽玛谱学的实验方法,在原子核78Br中发现了两对宇称相反的手征双重带,以及它们之间表征八极关联的电偶极跃迁。这是首次在原子核中发现了八极关联的多重手征带,给出了原子核存在手征对称性和空间反射对称性联立自发破缺的实验证据。Spontaneous symmetry breaking is a fundamental concept in nature. Chiral Symmetry Breaking and reflection-asymmetry in nuclei has been a subject of intensive experimental and theoretical investigation. Two pairs of positive-and negative-parity doublet bands together with eight strong electric dipole transitions linking their yrast positive-and negative-parity bands have been identified in 78Br by means of in-beam gamma-ray spectroscopy techniques. These four rotational bands are suggested as multiple chiral doublet bands with octupole correlations. This observation indicates that nuclear chirality can be robust against the octupole correlations. It is of highly scientific interest to search for the chirality-parity quartet bands in nucleus with both stable triaxial and octupole deformations.     

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。     

单粒子本征波函数的对称性与势形状

以单核子在原子核三轴椭球形变势中运动的本征值方程为例,说明核形状决定了核势的形状,核势形状的对称性决定了在其势中运动的单粒子本征态的对称性.当核势形状的对称性随形变参量的改变而改变时,对应单粒子本征态对称性的改变,可以用量子力学中的表象变换来表现,也可以用波函数的表象变换来认识.此问题虽然来自于原子核结构理论,但其思想对于在原子、分子、团族粒子等量子体系中处于平均场中运动的独立粒子问题具有普遍意义.     

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.     

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.     

QCD手征对称性动力学破缺的有效势研究

本文从无质量夸克的QCD拉氏量出发, 引入双线性外源, 导出了作为复合算子(夸克传播子和胶子传播子)泛函的有效势表示. 从而得出传播子的Dyson-Schwinger方程. 方程具有两组解, 一组解保持手征对称性, 另一组解使手征对称性自发破缺. 通过讨论方程的渐近解, 发现当耦合常数α>1/4时, QCD手征对称性将自发破缺; 当α<1/4时QCD手征对称性仍然保持. 利用求得的夸克自能的渐近行为和f_π介子衰变常数fπ的实验值, 估计了夸克产生的动力学质量和用其它理论方法与实验方法估计得的夸克质量相符, 并对结果进行了讨论.     

手征带双重带候选核三轴形变的微观研究

利用三轴形变的相对论平均场(RMF)理论讨论了A～100核区手征双重带候选核的三轴形变. 检验了RMF计算结果对基展开主壳数的收敛性．基于PK1有效相互作用的形变约束计算, 给出了该核区Rh, Ag和In等同位素原子核的基态形变, 预言了A～100核区可能存在手征双重带的原子核.     

一维超冷原子动量光晶格中的手征对称性破缺拓扑相

对称性在理解物质的拓扑态方面具有关键作用.过去人们认为手征对称性保证了一维晶格的量子化Zak相位及其对应的非平庸拓扑相.本文展现了在一维手征对称性破缺的情况下,晶格系统仍具有量子化Zak相位和非平庸拓扑相.具体而言,在超冷原子动量晶格系统中有效地模拟了一个链长为26、手征对称性破缺的Zigzag模型,其中相等的次近邻耦合强度能够在保留空间反演对称性的同时破坏手征对称性.通过测量原子的时间平均波包位移来获得系统的拓扑不变量,并得到了其对应的量子化的Zak相位.此外,还观测到系统随着最近邻耦合强度比例的变化会从非平庸拓扑相转变为平庸拓扑相.本文不仅为对称性及拓扑相的相关研究提供了一个完全可控的平台,还可以通过控制格点间耦合强度和原子间相互作用,探索例如Tasaki, Aharonov-Bohm caging模型中的平带拓扑以及引入相互作用研究的非线性拓扑现象.     

原子核的手证对称性

 手套有左右两只,ＤＮＡ有左旋右旋两种,许多分子也都有两个相互镜象对称的形式,通常称为左手形式和右手形式。现在,物理学家又发现原子核也有左手性和右手性两种模式。物理学家一直在寻找对称性和对称性破缺,从而揭示出基本的物理原理。最初,人们认为原子核是球形的,有着高度的对称性。后来实验发现原子核可以在很大程度上被拉长,甚至会像一支雪茄。20世纪60年代,理论物理学家预言原子核可以有三轴形变(即非轴对称形变)---对称性进一步降低,但是一直都没有被实验证实。     

原子核和强相互作用物质的相变

简要介绍原子核的单粒子运动相与集体运动相, 讨论并介绍集体运动中的振动、轴对称定轴转动和不定轴转动的相结构以及由核子数和角动量驱动的这些相之间的相变的研究现状,同时还简单介绍关于原子核的液气相变和强相互作用物质的退禁闭及手征相变的研究现状.     

(2+1)维手征Gross-Neveu模型的顶角修正和相结构

本文在1/N展开下计算了(2+1)维手征Gross-Neveu模型的顶角修正和费米子质量修正,并根据手征Ward-Takahashi恒等式得到的费米子质量公式讨论了1/N阶的相结构.结果表明,利用手征Ward-Takahashi恒等式来研究手征对称性的破缺有利于讨论手征对称性的高阶性质.     

原子核的手证对称性

手套有左右两只 ,ＤＮＡ有左旋右旋两种 ,许多分子也都有两个相互镜象对称的形式 ,通常称为左手形式和右手形式。现在 ,物理学家又发现原子核也有左手性和右手性两种模式。物理学家一直在寻找对称性和对称性破缺 ,从而揭示出基本的物理原理。最初 ,人们认为原子核是球形的 ,有着高度的对称性。后来实验发现原子核可以在很大程度上被拉长 ,甚至会像一支雪茄。2 0世纪 6 0年代 ,理论物理学家预言原子核可以有三轴形变 (即非轴对称形变 )———对称性进一步降低 ,但是一直都没有被实验证实。1997年 ,弗劳恩多夫 (Ｓ .Ｆｒａｕｅｎｄｏｒｆ)和孟…     

基于相对论Hartree-Fock理论的原子核壳结构性质研究

一直以来，原子核壳结构是原子核物理研究的重点关注内容。特别是随着近年来新一代放射性核束装置和探测技术的蓬勃发展，丰中子原子核中新的壳结构及其演化与形成机制等成为核物理关注的热点之一。在基于核力介子交换图像建立的相对论Hartree-Fock 理论框架下，本工作以Ca同位素、双幻核 208Pb、超重核以及极端丰中子核为例，综述丰中子原子核中新的壳结构形成机制，高角动量态赝自旋对称性恢复与介质中核力吸引-排斥平衡，赝自旋对称性恢复/破缺与原子核壳结构、新奇现象等研究工作，并着重关注了与原子核新壳结构形成、赝自旋对称性恢复以及新奇现象等密切相关的交换(Fock)项效应。     

序参量的自洽方程与手征对称性恢复的相变

本文用解析方法研究了有限温度和密度下的手征相变.把零温情形下序参量的自洽方程加以推广,建立了有限温度情形下的相应方程.由此得到了序参量随温度的变化关系,证实了手征对称性恢复的相变的存在,求出了理论的相图.     

磁转动物理——剪刀带与手征双重带

总结和系统介绍了磁转动物理领域的新进展 .阐述了剪刀带的形成机制 ,并论证了在半经典近似和平均场近似下 ,倾斜轴推转模型与粒子转子模型等价 .讨论了原子核在有三轴形变时出现的一种全新的磁转动现象——手征双重带 .并从对称性的角度讨论了剪刀带及手征双重带的能谱特征 .给出了实验上可能存在磁转动带的核区.A new interesting field —— magnetic rotation physics is reviewed. It is proved that the tilted axis cranking (TAC) model is equivalence to the particle rotor model (PRM) under the semi classical and mean field approximations. The shears mechanism and the new discovered phenomena in triaxial deformed nuclei—— chiral doublets are discussed. The possible mass region for these magnetic rotation phenomena is presented.     

原子核中新的有效相互作用、新对称性及奇特核态

总结了近年来对奇特核和极端条件下核物质的研究结果,包括原子核的新有效相互作用、新对称性及奇特性质.在相对论平均场理论中,发现了反核子谱中的自旋对称性,提出了包含微观质心修正的新相互作用PK1,PK1r和PKDD?.这些新相互作用不但可以很好地描述核物质与中子星,还可以很好地给出靠近或远离β稳定线的原子核性质,包括中子滴线核与超核中的晕和巨晕现象.     

中高能重离子碰撞中的电磁场效应和手征反常现象

重离子碰撞可以产生极强的电磁场和高温高密量子色动力学(QCD)物质,诱导很多重要手征反常现象,例如手征磁效应和手征磁波.本文围绕手征反常现象中的诸多物理要素,详细介绍包括相对论重离子碰撞中不同碰撞系统和能量下的电磁场特性、同质异位素碰撞中寻找手征磁效应、手征磁波特性、中低能重离子碰撞中磁场效应等一系列与电磁场和手征反常现象相关的理论研究成果.相关研究有助于实验中寻找强相互作用中的电荷宇称(CP)破缺的证据,加深对QCD真空涨落和宇宙中正反物质不对称问题的理解.     

基于极化电子散射的分子手征效应研究

手征(chiral)概念是许多科学领域所关注的焦点,其研究也是探索生命起源和生命活动最吸引人的研究方向之一.本文简要介绍近几年基于极化电子散射实验的分子手征效应研究的实验方法及结果,并展望了该领域的实验发展前景,以希望能在高灵敏度及新实验方法基础上更深入研究手征效应的物理内容.     

核物质中的π, K, ρ和η物理

介绍了入射能量约1 A GeV时的重离子碰撞产生的介子物理, 分析了SIS和Bevalac两个重离子加速器的实验数据中显示的介质效应, 特别是手征对称性在有限密度时的部分恢复信号, 指出了目前理论研究中存在的问题, 最后讨论了兰州重离子加速器CSR可以进行的介子物理研究.