不同理论模型预言合成超重核Z=119~122研究进展

通过双核系统模型与其他模型对$Z\leqslant$118元素的计算结果与实验数据的比较,证明了不同模型预测超重核的产生截面是可靠的。对比分析了不同模型对Z=119和Z=120超重核的预言结果,我们认为合成超重核Z=119和Z=120的最佳弹靶组合分别为反应$^{48}{\rm{Ca}} + ^{{\rm{252}}}{\rm{Es}}$和$^{40}{\rm{Ca}} + ^{{\rm{257}}}{\rm{Fm}}$,并且Z=119新核素很有可能会先于Z=120新核素在实验上被合成。由于实验上Z>100锕系靶的限制,人们正尝试寻找比48Ca更重的弹核来合成超重核Z=121和Z=122,超重核Z=121可以通过反应V+Cf来合成,而超重核Z=122的产生截面已经非常小,要求将来在实验上提高探测及鉴别技术。希望本文的讨论可以在将来为实验及理论核物理工作者们提供一些参考。     

锦屏深地核天体物理实验(JUNA)地面实验进展

锦屏深地核天体物理(JUNA)实验项目将利用中国锦屏深地实验室(CJPL)的良好条件,在天体物理伽莫夫能量窗口开展核天体关键反应$^{25}{\rm{Mg}}({\rm{p}},{\rm{\gamma}})^{26}{\rm{Al}}$、$^{19}{\rm{F}}({\rm{p}},\alpha)^{16}{\rm{O}}$、$^{13}{\rm{C}}(\alpha, {\rm{n}})^{16}{\rm{O}}$和$^{12}{\rm{C}}(\alpha,{\rm{\gamma}})^{16}{\rm{O}}$的直接测量,为理解恒星演化和元素起源提供新的数据。目前,已经在地面上对加速器装置、束流稳定性、靶、探测器以及电子学进行了系统的测试。地面实验内容包括高纯锗探测器效率刻度,$^{25}{\rm{Mg}}({\rm{p}}, {\rm{\gamma}})^{26}{\rm{Al}}$在304 keV的共振强度测量,$^{19}{\rm{F}}({\rm{p}}, \alpha)^{16}{\rm{O}}$的截面测量,聚乙烯作为慢化体的中子探测器的设计、加工和效率刻度,靶的设计和稳定性检测等。JUNA项目整体进展顺利,地面实验已取得一系列关键进展和初步成果。在不远的将来,JUNA项目将有序开展地下实验,完成设定目标,也将促进更广泛的国际合作,助力于天体演化中的若干重大科学问题的解决。     

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。     

试用特洛伊木马方法研究天体核反应9Be(p,α)6Li

为克服低能带电粒子核反应截面直接测量中所遇到的库仑位垒和电子屏蔽效应带来的困难，试用基于准自由反应机制的特洛伊木马方法，在意大利南部国家核物理实验室的15MV串列加速器上，通过^2H（^9Be，α^6Li）n核反应对^9Be（p，α）^6Li在低能区（Ecm=0-1000kev）的裸核反应截面做了间接测量，并将测量结果与直接测量数据进行了比较。     

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。     

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。     

重离子核反应与核物质状态方程

核物质状态方程描述核物质结合能、压强、密度和中子—质子数差异等宏观量之间的关系。核物质状态方程不仅仅与核力属性、核结构性质以及重离子核反应的动力学过程紧密相关,还与致密星体如中子星的结构、演化、辐射与并合等天体过程紧密相关。基于加速器装置的重离子核反应实验,是地面实验室模拟产生极端条件核物质的唯一手段,因而也成为研究核物质状态方程的有效途径。当核物质中的中子数远大于质子数时,例如中子星内部的情形,核物质状态方程中的主要贡献项是对称能项。迄今为止,对称能关于密度的函数是核物理和天体物理中一个未知而又非常重要的物理量。通过重离子核反应的实验和理论研究来确定对称能的密度依赖关系及其在核反应以及致密星天体事件中的物理效应,是当代核物理基础研究的重要前沿。文章介绍了中能重离子核反应和核物质状态方程的一些背景知识和研究方法,以及近年来的一些进展。     

合成Z=119, 120超重核的理论研究

合成Z=119,120超重核是当今各核物理实验室争相追逐的目标,理论预言可靠的弹靶组合、入射能等信息有助于超重核合成的实验设计和探测。本工作基于双核模型研究影响重离子核反应生成截面大小的反应机制,计算了$^{50}{\rm{Ti}}$+$^{249}{\rm{Bk}}$、$^{50}{\rm{Ti}}$+$^{249}{\rm{Cf}}$两个弹靶组合,预测$^{50}{\rm{Ti}}$+$^{249}{\rm{Bk}}$的生成截面为0.021 1 pb。考虑双核系统熔合与存活两个过程,重点关注$^{52-59}{\rm{Cr}}$+$^{243}{\rm{Am}}$、$^{54-62}{\rm{Mn}}$+$^{243}{\rm{Am}}$、$^{56-72}{\rm{Ni}}$+$^{238}{\rm{U}}$生成截面的同位素链依赖性,研究表明熔合几率随弹核质量数呈现强烈的依赖行为,直接影响蒸发剩余截面大小。     

单个谐振子波函数中的有效β值

当一个简单谐振子波函数(SHO)作为有效波函数时,在SHO波函数里面一个重要的参数是有效$ \, \beta$值。得到了简单谐振子波函数有效$ \, \beta$值($ \, \beta_{\rm eff}$)在坐标空间和动量空间的解析表达式。将解析式运用到轻介子系统($u\bar{u}, \, u\bar{s}$)比较 $ \, \beta_{\rm eff}$的行为,结果表明在基态时坐标空间的$ \, \beta_ {{\rm eff}, \, \boldsymbol{r}}$和动量空间的$ \, \beta_ {{\rm eff}, \, \boldsymbol{p}}$在康奈尔势下的值不相同,而在高激发态时两者大小相近。     

间接测量天体物理S因子的特洛伊木马方法

天体环境下的核反应速率是各种关于天体核合成理论模型所需的输入量,对于了解天体核合成过程,以及宇宙的演化很重要。但是在天体温度下,核反应是在很低的能量上发生的。由于库仑位垒的作用,反应截面非常低,直接测量很难进行。通过测量合适的三体反应截面,特洛伊木马方法提供了一种提取感兴趣的低能两体反应截面的方法;而且,采用一系列近似可得到便于计算的理论公式。本文介绍特洛伊木马方法的原理及其在天体核反应中的应用。     

我国核天体物理前沿研究进展

核天体物理是研究微观世界的核物理与研究宏观世界的天体物理融合形成的交叉学科,其主要研究目标是:宇宙中各种化学元素核合成的过程、时间、物理环境、天体场所及丰度分布;核反应（包括带电粒子、中子、光子及中微子引起的反应、β衰变及电子俘获）如何控制恒星的演化过程和结局。近十多年来获得的大量实验和理论研究使核天体物理研究进入了一个蓬勃发展的新阶段。文章总结了以兰州重离子加速器、北京串列加速器和国家天文台为基础,结合国际合作,在核天体物理研究领域对直接测量、间接测量、衰变测量、质量测量、理论计算、网络计算、天文观测等关键科学问题进行的研究进展。也展望了核天体物理的关键科学问题,这些关键问题包括:（1）在地面实验室、尤其是地下实验室开展天体物理能区重要热核反应截面的直接测量;（2）高能区带电粒子反应截面向天体物理能区的合理外推;（3）恒星平稳核燃烧阶段和爆发性天体事件中关键核反应截面的间接测量;（4）爆发性天体事件中所涉及的大量远离稳定线核素的质量、衰变特性和共振态性质的研究;（5）建立并不断完善核天体物理数据库,发展网络模拟程序,系统研究元素核合成的天体场所、丰度分布;（6）宇宙中铁以上元素的来源之谜。Nuclear astrophysics is an interdisciplinary research field. It composes of nuclear physics, which studies micro phenomena, and astrophysics which studies macroscopic phenomena in our world. The main research goals of nuclear astrophysics are:(1) how, when and where chemical elements are synthesized and what is their final abundance distribution in the universe; (2) how nuclear processes (reactions induced by charged particles, neutrons, photons and neutrinos, beta decays and electron capture processes) determine the evolution and the ultimate fate of stars. At present, nuclear astrophysics has been developed into a new prosperous stage with a huge number of experimental and theoretical progresses. This paper summarized the current progress of nuclear astrophysics in China, in the subfiels of direct and indirect measurement of key reactions, measurement of mass and decay, as well as the theoretical calculation and network simulation. In present paper, the prospects to solve the key scientific nuclear astrophysics problems are represented. These key problems include (1) direct measurement of important reactions at astrophysical energies in the laboratory on the earth surface and in the underground laboratory; (2)extrapolation of cross sections at higher energies for the reactions induced by charged particles; (3) indirect measurement of key reactions in the hydrostatic and explosive nuclear processes; (4) study of the mass, the properties of decay and resonant states for the nuclides far from the stability line in explosive astrophysical events; (5) establish and improve the database for nuclear astrophysics, and develop network simulation codes, and systematically study astrophysical sites and abundance distribution of nucleosynthesis; (6) origin of the elements heavier than iron in the universe.     

激光冷却SH~–阴离子的理论研究

本文采用多组态相互作用及Davidson修正方法和全电子基组计算了SH~-阴离子的X~1∑~+,a~3∏和A~1∏态的势能曲线、电偶极矩和跃迁偶极矩.计算的光谱常数与实验值及已有的理论值符合得很好.在计算中考虑了自旋-轨道耦合效应.计算得到a~3∏_1(v'=0)?X~1∑_(0+)~+(v"=0)和A~1∏_1(v'=0)?X~1Σ_(0+)~+(v"=0)跃迁具有高对角分布的弗兰克-康登因子,分别为0.9990和0.9999;计算得到a~3∏_1和A~1∏_1态的自发辐射寿命分别为1.472和0.188 ms.A~1∏_1?X~1∑_(0+)~+跃迁存在中间态a~3∏_(0+)和a~3∏_1,但中间态对激光冷却SH~-阴离子的影响可以忽略.分别利用a~3∏_1(v'=0)? X~1∑_(0+)~+(v"=0)和A~1∏_1(v'=0)? X~1∑_(0+)~+(v"=0)跃迁构建了准闭合的能级系统,冷却所需的激光波长分别为492.27和478.57 nm.最后预测了激光冷却SH~-阴离子能达到的多普勒温度和反冲温度.这些结果为进一步实验提供了理论参数.     

Geant4模拟在特洛伊木马方法中的应用

由于低能带电粒子核反应截面直接测量遇到的库仑位垒和电子屏蔽势的困难,基于准自由反应机制的特洛伊木马方法得到特别关注。利用Geant4模拟的结果,与在中国原子能研究院串列加速器上通过三体反应9Be+2H→8Be+2H+n对两体反应9Be+1H→8Be+2H的反应截面做的间接测量实验数据进行了比较,这是Geant4模拟在特洛伊木马方法中的首次应用。通过对模拟数据研究,提高了对实验数据的理解,也检验了模拟系统的可靠性,对今后的实验设计和改进提供了有益的意见。     

Ab initio calculation of the ground and first excited states of the lithium dimer

Based on a high level ab initio calculation which is carried out with the multireference configuration interaction method under the aug-cc-pVXZ (AVXZ) basis sets, X=T, Q, 5, the accurate potential energy curves (PECs) of the ground state ${\rm{X}}{}^{{\rm{1}}}{\rm{\Sigma }}_{g}^{+}$ and the first excited state ${\rm{A}}{}^{{\rm{1}}}{\rm{\Sigma }}_{u}^{+}$ of Li₂ are constructed. By fitting the ab initio potential energy points with the Murrell–Sorbie potential function, the analytic potential energy functions (APEFs) are obtained. The molecular bond length at the equilibrium (R_e), the potential well depth (D_e), and the spectroscopic constants (B_e, ω_e, α_e, and ω_eχ_e) for the ${\rm{X}}{}^{{\rm{1}}}{\rm{\Sigma }}_{g}^{+}$ state and the ${\rm{A}}{}^{{\rm{1}}}{\rm{\Sigma }}_{u}^{+}$ state are deduced from the APEFs. The vibrational energy levels of the two electronic states are obtained by solving the time-independent Schrödinger equation with the Fourier grid Hamiltonian method. All the spectroscopic constants and the vibrational levels agree well with the experimental results. The Franck–Condon factors (FCFs) corresponding to the transitions from the vibrational level (v′=0) of the ground state to the vibrational levels (v″=0–74) of the first excited state have been calculated. The FCF for the vibronic transition of ${\rm{A}}{}^{{\rm{1}}}{\rm{\Sigma }}_{u}^{+}$(v″=0) ←${\rm{X}}{}^{{\rm{1}}}{\rm{\Sigma }}_{g}^{+}$(v′=0) is the strongest. These PECs and corresponding spectroscopic constants provide reliable theoretical references to both the spectroscopic and the molecular dynamic studies of the Li₂ dimer.     

SF_6分子最高占据轨道对称性的判断

量化计算是理论研究分子的重要手段,对于具有高对称群的分子,采用子群计算是常用的方法.分子的电子态或分子轨道等的对称性在子群的表示中会出现重迭,从而不能从子群的结果直接给出电子态或分子轨道对称性的归属.本文以如何判断SF6基态1 A_(1g)的电子组态中最高占据轨道的对称性为例来解决这个问题.针对某些文献中的SF6基态1 A1g的电子组态中,最高占据轨道对称性是T_(1g)却写成T_(2g)的问题,采用Molpro量化计算软件,对SF6基态的平衡结构,进行了HF/6-311G*计算,得到了能量三重简并的最高占据轨道的函数表达式,进而运用O_h群的对称操作作用在三个轨道函数上,得到各操作的矩阵表示,于是得到特征标,最后确定了最高占据轨道为T_(1g)对称性.     

Improved analysis of the rare decay processes of Λ_b

It is noted that in the new Particle Data Group(PDG) version the rare decays of the Λ_b baryon have been revised with more accuracy. The new results show that most of the existing theoretical results on the process Λ_b→Λ_γ Lgbare larger than those of experiments. With the improved higher-order light-cone distribution amplitudes of the Λ baryon, we reanalyze the process in the framework of light-cone quantum chromodynamics sum rules and the branching ratio is estimated to be Br (Λ_b→Λ_γ)=(7.38_(-0.39)~(+0.40))×10~(16), which is consistent with the new experimental result. Furthermore, another process Λ_b→Λl~+l~- is also analyzed in the same frame. The final branching ratio is calculated to be Br (Λ_b→Λl~+l~-)=1.20×10~(-6), which is in good accordance with the data from the PDG and other theoretical predictions.     

25Mg(p, γ)26Al实验研究进展

长寿命放射性核素26Al是星际介质、$\gamma$射线天文学和太阳系形成研究中最重要的核素之一。最可能合成26Al的三种天体场所都与25Mg(${\rm p},\,{\rm{\gamma }}$)26Al反应相关,因此精确测量其近阈能级的共振强度和天体物理反应率对人们认识宇宙26Al的来源具有重要意义。本文回顾了25Mg(${\rm p},\,{\rm{\gamma }}$)26Al反应的实验研究方法和最新研究进展,特别是介绍了我国对该反应的间接测量实验以及直接实验测量计划。当前的间接测量结果提升了25Mg(${\rm p},\,{\rm{\gamma }}$)26Al天体物理反应率的精度,也可以帮助我们估算直接测量的产额,并优化深地直接测量的实验设计。高能点的直接测量结果与国际上其它实验结果在误差范围内符合很好,表明本项目研制的探测装置工作状态良好,能够胜任锦屏深地核天体物理实验研究。     

Monitoring by Mössbauer spectroscopy the thermal reduction of hematite into magnetite: the surface effect and charge disproportionality in iron oxide nanoparticles

Nanoparticles of magnetite Fe₃O₄ were synthesized by thermal reduction of hematite α-Fe₂O₃ powder in the presence of high boiling point solvent. The structural transformations and magnetic properties of the obtained nanoparticles were investigated by the ⁵⁷Fe Mössbauer spectroscopy, X-ray diffraction, and magnetic measurements. The content of hematite and magnetite phases was evaluated at each step of the chemical and thermal treatment of the product. An increase of saturation magnetization with the reaction time correlates with an increase of concentration of magnetite in the samples. The electron hoping between Fe^2?+? and Fe^3?+? ions in the octahedral sites of the magnetite nanoparticles and Verwey phase transition were investigated. It was established that not all iron ions in the octahedral sites participated in electron hoping Fe^2?+????Fe^3?+? above the Verwey temperature T _V, and the charge distribution could be expressed as $\big( {{\rm Fe}^{3+}}\big)_{{\rm tet}} \big[ {{\rm Fe}_{1.85}^{2.5+} {\rm Fe}_{0.15}^{3+} }\big]_{{\rm oct}} {\rm O}_4$ .     

Role of the Λ(1600) in the ${K}^{-}p \rightarrow {\rm{\Lambda }}{\pi }^{0}{\pi }^{0}$ reaction

Role of the Λ(1600) is studied in the ${K}^{-}p\to {\rm{\Lambda }}{\pi }^{0}{\pi }^{0}$ reaction by using the effective Lagrangian approach near the threshold. We perform a calculation for the total and differential cross sections by considering the contributions from the Λ(1600) and Λ(1670) intermediate resonances decaying into ${\pi }^{0}{{\rm{\Sigma }}}^{* 0}(1385)$ with ${{\rm{\Sigma }}}^{* 0}(1385)$ decaying into ${\pi }^{0}{\rm{\Lambda }}$. Additionally, the non-resonance process from u-channel nucleon pole is also taken into account. With our model parameters, the current experimental data on the total cross sections of the ${K}^{-}p\to {\rm{\Lambda }}{\pi }^{0}{\pi }^{0}$ reaction can be well reproduced. It is shown that we really need the contribution from the Λ(1600) with spin-parity ${J}^{P}=1/{2}^{+}$, and that these measurements can be used to determine some of the properties of the Λ(1600) resonance. Furthermore, we also plot the π⁰Λ invariant mass distributions which could be tested by the future experimental measurements.