原子核的高自旋态

本文回顾了原子核高自旋态研究工作的进展情况。七十年代初回弯现象的发现对原子核集体运动的研究方向发生了深刻影响。目前已公认正确的回弯机制是Stephens-Simon提出的带交叉。现正广泛使用转动势场中的单粒子运动(推广的Nilsson模型)来分析高自旋态的性质。由于原子核高速旋转而产生的一系列新的问题,包括原子核超导性的破坏、粒子角动量沿核集体运动方向的顺排、形变及壳结构的改变等,正引起人们广泛注意。理论预言,极高速旋转的原子核会出现扁旋转椭球形变和所谓“晕坑”,但实验上尚未观测到。从实验分析发现了Coriolis减弱问题,其原因仍是一个未解决的难题。     

超形变原子核核结构实验研究

超形变原子核的研究是原子核结构领域的重要前沿。本文从实验研究的角度,讨论原子核超形变研究的主要进展,包括主要实验方法和实验发现、超形变带寿命测量、超形变带转动惯量和高Ｎ组态结构、全同超形变带和自旋顺排量子化、建立在粒子－空穴激发上的超形变带、超形变带中的八极关联、超形变带的馈入布居和退激等。     

超形变原子核核结构实验研究

超形变原子核的研究是原子核结构领域的重要前沿。本文从实验研究的角度，讨论原子核超形变研究的主要进展，包括主要实验方法和实验发现、超形变带寿命测量、超形变带转动惯量和高Ｎ组态结构、全同超形变带和自旋顺排量子化、建立在粒子－空穴激发上的超形变带、超形变带中的八极关联、超形变带的馈入布居和退激等。     

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.     

130Ba中的集体运动

为探索原子核中的集体运动,一项在意大利Legnaro实验室XTU串列加速器上开展的在束${\rm{\gamma }}$谱学实验研究大幅拓展了130Ba的能级结构。实验以能量为65 MeV的13C束流轰击120Sn薄靶,布居130Ba的激发态。从激发态退激的${\rm{\gamma }}$射线由GALILEO阵列探测,而与之关联的蒸发粒子由带电粒子阵列EUCLIDES和中子墙NWALL探测。分析符合数据鉴别了一系列新的转动带,其中一部分布居9.4 ms同核异能态。结合已知的电四极矩和磁矩信息,提取了该同核异能态的g因子。分析多条转动带,发现130Ba可能处于长椭形变,也可能处于扁椭形变,而其集体转动方向可能沿主轴,也可能沿主轴以外的倾斜方向。这是首次在130核区发现沿倾斜方向的集体转动。理论分析建议将部分新发现的结构解释为基于二准粒子组态的摇摆运动,这是实验上在偶偶核中观测到的首例基于两准粒子组态的摇摆带结构。     

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.     

原子核高自旋超形变的研究(待续)

原子核超形变—重核中轴长比为2:1或3:2的长椭球形变的研究始于锕系区裂变同质异能素的发现。近年来,A～150稀土区和A～130—140轻稀土区高自旋超形变的重要发现揭开了原子核超形变研究新的一页。高自旋超形变带具有很高的角动量、激发能和转动惯量,涉及到特殊的布居机制、转动驰豫和退激方式,具有特殊的组态结构,表现出丰富的谱学性质。高自旋超形变带的研究可以提供单粒子能级和对场的信息,在核结构的实验和理论研究中都具有十分重要的意义。高自旋超形变态谱学已迅速发展为核结构研究的前沿领域之一。     

原子核高自旋超形变谱学研究

本刊1988年第三、四期“原子核高自旋超形变的研究”一文对高自旋超形变谱学作了初步介绍。本文综合分析近两年来该领域的新进展。两年来,A～190Hg-Pb 超形变区的确认;A～150区奇质子核及更多超形变核的发现;A～130—140区奇质子超形变核和Sm 超形变核的研究;同一个核中多重超形变带的发现;各超形变区超形变带丰富的谱学现象,超形变组态-高j 侵入轨道的不同占据对超形变带谱学性质的成功描述,及对理论模型的检验和修正;A～190和A～150区相邻(同位素和同中素)核中超形变带一系列性质的极端相似—超形变带中内禀自旋排列和质子激发的发现;超形变、高自旋下的对关联研究;超形变带退激馈入正常形变带的时间延迟的实验测定;超形变退激机制的研究;应用于Hg-Pb区超形变带自旋指定的一种有效方法等,都是原子核超形变研究的主要成果。此外,锕系区超形变核中与同质异能裂变竞争的、由位能面第二极小向第一极小退激的“返回”γ衰变(E1跃迁)的实验测定,是原子核在零自旋和低自旋下超形变研究的一个重要进展。     

偶偶校高自族态的微观研究（Ⅱ）对同中子异荷素~（154）Dy、~（156）Er和~（158）Yb的应用

从包括对力、四极对力及四极力的核子－核子有效相互作用出发，依据以广义的Ｄｙｓｏｎ展开方法所建立的微观理论方案，对同中子异荷素１５４Ｄｙ、１５６Ｅｒ和１５８Ｙｂ的低能态及高自旋态进行了研究．实际计算时，低能态及高自旋态分别用（ｓｄ）Ｎ组态及（ｓｄ）Ｎ－１加两中子组态描述，且取用了统一的参数值．计算结果与实验符合较好，特别是理论较好地复现了原子核的第一个回弯．     

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.     

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.     

适用于配对近似计算的集体对凝聚组态变分方法

集体对凝聚组态(collective-pair condensate)的能量变分可用于判断在原子核低激发态中哪些集体对是重要的,并且可以同时给出这些重要集体对的具体结构。这在一定程度上缓解了此前原子核配对近似(Nucleon Pair Approximation, NPA)计算一直深受困扰的集体对不确定性问题。针对过渡区原子核132Ba的试探性计算体现了这种方法的优越性。它可以给出132Ba的三轴形变参数,它也定量地说明了这一原子核$I\!=\!10$基带回弯效应的主导集体对种类。更为重要的是,中子负宇称对凝聚状态的变分计算解释了为什么负宇称集体对这种回弯效应可以呈现出巨大影响。     

极端条件下原子核性质的研究

近几年来，北京大学重离子物理研究所低能核物理研究组，对极端条件下原子核性质研究取得了一些成果，其中包括原子核的高自旋态，超形变带及远高β稳定线核的性质。     

奇A核Pd同位素中h_(11/2)入侵轨道的形状驱动效应研究

过渡区原子核的形变与准粒子占据的轨道密切相关。采用推转壳模型首次系统性地研究了奇A核~(99)Pd,~(101)Pd和~(103)Pd原子核中h_(11/2)轨道对核芯的形状驱动效应,基于Total-Routhian-Surface(TRS)方法的计算结果表明,当过渡区原子核~(99)Pd,~(101)Pd和~(103)Pd中的准粒子开始占据h_(11/2)入侵轨道时将会使原子核产生稳定的四极形变。另外,对A≈210质量区近滴线核的高自旋态研究现状及今后进一步的工作也进行了概述。     

丰中子A~100质量区内的扁椭球高K同核异能态

远离核素图上“稳定谷”的丰中子核一直是核物理学研究的热点。作为形变丰中子核的一种特殊的亚稳定激发态,高K同核异能态的形状大多数为长椭球,扁椭球的高K同核异能态非常少见。近期的一项实验认为丰中子核94Se上的$ {K}^{\mathrm{\pi }}={7}^{-} $两准粒子态为扁椭球。这是形变原子核上存在扁椭球高K同核异能态的第一个实验证据。结合相关实验,我们猜测可能有其它尚未发现的扁椭球高K同核异能态存在于丰中子A~100质量区。利用组态限制势能面计算方法,本文对丰中子A~100质量区内的$ {K}^{\mathrm{\pi }}={9}^{-} $和$ {K}^{\mathrm{\pi }}={7}^{-} $两准粒子态进行了研究,并预言了此质量区内扁椭球高K同核异能态的可能位置。根据Nilsson模型,扁椭球高K同核异能态的存在与费米能级附近的高Ω单粒子轨道有关。这些高Ω单粒子轨道来源于高j闯入态在扁椭球形变时的退简并。扁椭球高K同核异能态是研究丰中子核形变参数、激发能等物理性质的理想对象,有助于加深我们对于形变原子核能级结构的理解。     

偶偶校高自族态的微观研究(Ⅱ)对同中子异荷素154Dy、156Er和158Yb的应用

从包括对力、四极对力及四极力的核子-核子有效相互作用出发,依据以广义的Dyson展开方法所建立的微观理论方案,对同中子异荷素¹⁵⁴Dy、¹⁵⁶Er和¹⁵⁸Yb的低能态及高自旋态进行了研究.实际计算时,低能态及高自旋态分别用(sd)N组态及(sd)N-1加两中子组态描述,且取用了统一的参数值.计算结果与实验符合较好,特别是理论较好地复现了原子核的第一个回弯.     

奇—奇核~（114）Pm高自旋同质异能态及其衰变纲图的研究

用高自旋同质异能态次级束流线实验装置，对１４４Ｐｍ的高自旋同质异能态进行了快速分离，并做了γ射线的符合测量．结合γ射线激发函数和各向异性的测量结果，首次建立了奇—奇核１４４Ｐｍ的高自旋同质异能态的衰变纲图，其中１９条高自旋能级和２９条γ射线是由本工作指定的．离子γ射线关联测量确定了１４４Ｐｍ的高自旋同质异能态的半衰期大于２μｓ．通过系统性比较以及变形的独立粒子模型理论计算，指定了高自旋同质异能态的粒子组态可能为，自旋宇称为，并具有形变参数为β＝－０．１８的扁椭球形状．     

关于引入拆对几率概念探索原子核高自旋态

根据原子核转动系统中科氏力反对对力和转动重排,本文提出了拆对几率的物理概念探索原子核高自旋态.我们认为,拆对过程是从渐变到突变又到渐变的过程.按照拆对几率 P_I 的概念和粒子加转子模型,可以得到原子核的转动能谱公式?用这个公式计算了五十多个原子核的能谱,计算结果与实验值满意符合,并能再现出实验上观察到的?_eff～ω_eff²图的各种反弯现象.     

175Hf原子核的三轴超形变的探寻

通过采用TRS方法对实验上新发现的¹⁷⁵Hf原子核的两条高自旋转动带进行了研究, 以证明是否具有三轴超形变, 并且为了使结果能够更准确可靠, 选取了最靠近费米面的5个准粒子的组态进行了计算, 但是在这个组态上最后得出的总位能面上并没有发现能表明三轴超形变的明显的第二极小点的存在.     

α结团和集体低位态

核内α结团和集体低位负宇称态早就发现了,但理论上未能很好解释。本文介绍了最近一些典型实验所给出的新信息,老理论似乎更不能完满的解释。人们正在发展老的理论或寻找新的途径,现在α结团问题正在和集体低位态(特别是低位负宇称态)沟通起来,α回弯现象也可将二者联系起来。其结果,可能导至对一些问题的重新认识或甚至解决。所以,这个课题是远离β稳定性核性质和高自旋态的新课题,也是核表面结构的一个大课题。