原子核的配对壳模型及数值计算(I)

原子核配对壳模型用“真实”的价质子对和价中子对构造组态空间的波函数,包含了单粒子能量项的贡献.在配对壳模型内,费米子运力学对称模型(FDSM)和相互作用玻色子模型(IBM)可以作为它的特殊情况.本文报道这一模型的思想、框架及其数值计算程序.     

原子核配对壳模型——侵入态与原子核形变

利用原子核配对壳模型讨论了侵入态对原子核形变的影响.计算结果表明,侵入态具有削弱原子核形变的趋势,对原子核的形变起着重要作用. The influence of intruder level on nuclear deformation is studied within the framework of the nucleon-pair shell model truncated to an SD-pair subspace. The results suggest that the intruder level has a tendency to reduce the deformation and plays an important role in determining the onset of rotational behavior.     

原子核的反常宇称能谱研究

将具有负宇称的 fp 空间扩大到包含1g9/2 轨道, 采用修正的表面相互作用(MSDI), 对64Ge, 66Ge, 68Ge, 70Se, 72Se, 74Se, 76Kr 和 78Kr等偶偶核作了形变Hartree Fock计算, 得到了基态和一些激发态的解. 同时, 还用近似角动量投影形变Hartree Fock（PDHF）方法对偶偶核64Ge, 74Se和奇A核79Kr进行了能谱计算, 得到其正、 负宇称带的解, 计算结果与实验谱基本一致.Using modified surface delta interaction, enlarging the fp configuration space to include the 1g9/2 orbit with the abnormal parity, the deformed Hartree Fock calculations for the eight nuclei: 64Ge, 66Ge, 68Ge, 70Se, 72Se , 74Se, 76Kr and 78Kr are performed. The ground state and some particle hole excited configurations are obtained. The approximate angular momentum projected deformed Hartree Fock (PDHF) method is applied to even even nuclei 64Ge and 74Se and odd A nuclus 79Kr. Both of their normal and abnormal parity bands are obtained. The calculated energy spectra are consistent well with experimental spectra.     

核子配对壳模型计算中的多体效应

截断到S ,D子空间的核子配对壳模型用于原子核1 2 8- 1 34 Xe和1 30 - 1 36 Ba的计算。为考虑多体效应 ,S ,D对分别用变分法和Tamm Dancoff近似给定。用一个含有三个参数的哈密顿量系统地描述了Xe和Ba同位素的能谱 ,本征态和电磁跃迁的强度。所得结果和实验结果符合得较好 ,并且在一定程度上改善了用表面δ相互作用决定的S ,D对所得结果中的不足之处。     

核子配对壳模型计算中的多体效应

戴断到Ｓ,Ｄ子空间的核子配对壳模型用于原子核＾１２８－１３４Ｘｅ和＾１３０－１３６Ｂａ的计算。为考虑多体效应,Ｓ,Ｄ对分别用变分法和Ｔａｍｍ－Ｄａｎｃｏｆｆ近似给定。用一个含有三个参数的哈密顿量系统地描述了Ｘｅ和Ｂａ同位素的能谱,本征态和电磁跃迁的强度。所得结果和实验结果符合得较好,并且在一定程度上改善了用表面δ相互作用决定的Ｓ,Ｄ对所得结果中的不足之处。     

原子核壳模型单体密度矩阵的数值计算

提出平均场壳模型下原子核单体密度矩阵的一种计算方法,验证该方法的可靠性.计算双幻核⁴⁰Ca,⁹⁰Zr的单体密度矩阵,利用单体密度矩阵计算核子密度分布和动量分布,并分别与Hartree-Fock-Bogolubov理论结果、定域费米气体模型结果以及实验数据进行比较.     

探索原子核结构的对称性主导无芯壳模型计算(英文)

揭示隐藏于复杂中的简单性相关的特殊对称性是核理论研究的"圣杯",回顾了其探索历史和当前利用高性能计算设备及应用数学方法进行的从头计算无芯壳模型研究。作为对称性主导无芯壳模型（SA-NCSM）计算的实例,通过对轻核和中重质量区核素的能谱计算及与实验结果的比较,清晰地展示了群论在揭示这些当今最先进计算手段得到结果中所起的重要作用。作为SA-NCSM的有趣推广,从头引入形变的新方法提供了解决所有以探索原子核的集体性质为目的的从头计算方法都要面对的模型空间维数呈组合数增长的处理手段,并且该方法使本理论能用于描述重核及奇特核。Exploiting special symmetries to unmask simplicity within complexity that remains the "holy grail" of nuclear theory is re-examined within the framework of its historical context and current ab initio nocore shell-model approaches that exploit high-performance computing resources and applied math methodologies. Examples using the symmetry-adapted no-core shell model (SA-NCSM) that clearly demonstrate the important role group theory plays in this evolving story will serve to elucidate current state-of-the-art developments in this arena, including comparisons of excitation spectra and transition rates with experimental results for light and medium-mass nuclei. An interesting extension of the SA-NCSM, an advanced method with a novel twist that enables one to incorporate deformation from the onset, will be proffered as a further way to manage the combinatorial growth of model-space dimensionalities that remains the nemesis of all theories that seek an ab initio understanding of nuclear collectivity, and in so doing extends applicability of the theory to heavier and more exotic nuclear species.     

第一性原理无核芯壳模型计算原子核谱因子

原子核谱因子表征原子核单粒子轨道的性质以及占据数等信息,是联系核结构、核反应与核天体物理的重要物理量。对于原子核谱因子的计算强烈依赖于理论模型得到的原子核多体波函数,在实际计算中通常选用普通壳模型。随着计算机性能的提高以及核多体方法的发展,第一性原理方法被应用于研究原子核性质,并取得巨大成功。本工作基于现实两体相互作用,利用第一性原理无核芯壳模型计算较轻原子核谱因子。首先,计算了A=6和7原子核的低激发态能量,考察第一性原理无核芯壳模型对能量计算的收敛性,并比较普通壳模型与第一性原理无核芯壳模型对于A=6和7能谱的描述。结果表明,无核芯壳模型计算结果与实验符合较好,可以很好地描述结合能和激发谱性质。然后,利用无核芯壳模型系统计算了⁷Li与⁷Be镜像核叠积函数与谱因子,并分析谱因子计算的收敛性。结果显示,谱因子随着模型空间的增大收敛较慢,对于⁷Li,无核芯壳模型计算的谱因子同最新实验值符合得很好。最后,采用无核芯壳模型系统计算A=6,7和8原子核低激发谱能量与谱因子,为核反应与核天体研究提供必要的输入量。     

SD对壳模型与质子中子相互作用玻色子模型

在SD对壳模型理论框架下, 讨论了相互作用玻色子模型下U(5), SO(6)以及SU(3)的经典极限谱. 结果发现SD对壳模型可以很好地再现相互作用玻色子模型中的三种极限谱.     

原子核形状相变的壳模型研究

利用玻色映射方法, 我们在壳模型中计算了原子核低激发态性质的一些特征量, 并与这些量在相互作用玻色子模型的动力学对称性中的数值进行比较, 得到原子核的集体运动形状相在壳模型中的对应, 分析了壳模型中的单极对、四极对和 四极-四极相互作用对形状相的影响, 还在壳模型中研究了U(5)—O(6)相变过程, 得到的结果与在相互作用玻色子模型中得到的结果一致.     

关于极端原子核的相对论自洽角动量投影壳模型计算(英文)

相对论自洽角动量投影壳模型是最近发展出来的一个自洽模型, 它对于不同核区具有稳定的参数, 能够很好地描述已知和未知具有稳定形变的各种原子核的性质。 计算了若干包括稳定核素、 极端核素和超重核素, 并把计算结果与现有的实验数据进行了比较。     

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.     

丰中子锰同位素的壳模型计算

利用球形壳模型和投影壳模型两种方法对Z≤28,N=40附近pf壳的丰中子核素的结构进行了一系列的研究。以丰中子的锰同位素为例讨论了对奇奇核58,60Mn的两种壳模型计算结果。结果显示,两种理论方法都很好地再现了58,60Mn实验上观测到的从低激发到高自旋态的能级。在对这两个同位素由中子g_9/2轨道闯入所产生的负宇称转动带进行描述时,两种理论计算也得到了一致的结果。通过对比,阐明了两种壳模型方法及其采用的有效相互作用在该丰中子核区的适用性,特别强调了中子g_9/2轨道的激发对于pf壳Z≤28丰中子核素结构的重要性。Recently,we have carried out a series of studies on the structures of pf shell neutron-rich nuclei around N=40 using the spherical shell model and the projected shell model respectively.As an example,these two types of shell model calculations for the neutron-rich odd-odd isotopes 58,60Mn are discussed in this paper.The results show that both the calculations reproduce the observed experimental energy levels from the lowexcitation states to the high-spin ones in 58,60Mn.Consistent results are also obtained by these two theoretical calculations when describing the negative-parity rotational band derived from the intruder neutron g_9/2 orbital in both isotopes.Through comparison,we show the applicability of these two shell model methods and the adopted effective interactions in the present neutron-rich mass region.The significance of the excitations from neutron g_9/2 orbital to the structures of the neutron-rich nuclei in pf shell with Z≤28 are especially emphasized in this paper.     

原子核高角动量激发

用推转壳模型计算研究了原子核的高速转动运动及其结构特性.讨论了A～50区核的转动特性;A～80$区(N=Z)核的形状共存问题; A～110$区丰中子核的扁椭球形变的稳定性. 基于壳模型理论, 我们用限制组态绝热堵塞方法计算讨论了A～130, 180和超重核区的高角动量同核异能态,系统预言了高角动量多准粒子态的存在, 并指出这些核态可以有较长的寿命, 这对于不稳定核的研究是很有帮助的. 计算解释了不少典型的实验观测, 一些理论预言已经被最近的实验证实.     

基于关联基的壳模型截断计算

提出了一种新的用于壳模型截断计算的基矢空间的构建方法,即关联基的方法。关联基是利用壳模型中每个粒子数分布下哈密顿量的本征态作为基矢。在此基矢之上,可以很自然地通过考虑能量相对较低的关联基矢进行相应的截断计算。当所有的关联基矢都被考虑时,计算结果回到一般jj耦合给出的结果。最后,对关联基下壳模型的计算与标准的壳模型计算进行了比较,计算结果表明,关联基下壳模型能量和波函数有着良好的收敛性,同时表明关联基计算的有效性。     

中子星内壳层的物态方程和质子丰度

求解了恒定均匀的强磁场中核子的能谱和波函数，在手征表象中给出含核子反常磁矩(AMM)项的Dirac方程的解；并且计算了中子星内壳层物质的物态方程(EOS)和粒子丰度，发现在强磁场中磁能将使中子星内壳层的压强增加但物质仍然是丰中子，AMM项对质子的极化度有明显效应.     

基于壳模型对力加四极力研究sd和pf壳偶偶原子核

本文在原子核壳模型框架下基于唯象相互作用(对力加四极力)研究sd壳和pf壳的偶偶核低激发集体态。在提取了USDB和GXPF1相互作用的单粒子能量和单极相互作用的基础上,我们用一套统一参数计算重现了球形核和形变核的低激发谱;将对相互作用中的单极成分扣除后可以得到较好的结合能计算结果。同位旋标量的对相互作用对计算结果影响不大。单极相互作用在经验质子—中子相互作用、原子核对称能和Wigner能中产生重要贡献。     

SD对壳模型下原子核形状相变（英文）

在SD 对壳模型的理论框架下讨论了原子核形状相变模式。研究结果表明,该理论模型可以把相互作用玻色子模型中U（5）-SU（3）以及U（5）-SO（6） 形状相变模式再现出来,相互作用玻色子模型中有关临界点对称性的特征也可以很好地描述。本文同时也发现原子核从振动到转动的形状相变可以通过改变相互作用强度来实现。The nuclear shape phase transitional patterns were studied in the SD-pair shell model. The results show that the transitional patterns similar to the U(5)-SU(3) and U(5)-SO(6) transitions in the interacting boson model can be produced. The signatures of the critical point symmetry in the interacting boson model are also produced approximately. It is also found that the shape phase transitional pattern between vibration and rotation can also be produced by changing the interactional strength.     

球形平均场加四极-四极和对力模型在单j壳内的量子相交叉行为(英文)

介绍了单j壳的球形平均场加几何四极-四极和标准对力模型的量子相交叉行为。在单j=15/2的壳内,计算了随模型控制参数变化的多个物理量如低激发能级、激发态间重叠积分、低激发态间的B（E2）比值和电四极矩比值。结果显示,在类转动到对激发相的演化中,多个物理量在交叉区存在非常明显的变化,如B（E2;4₁ → 2₁）/B（E2;2₁ → 0_g）,B（E2;4₂ → 2₁）/B（E2;2₁ → 0_g）等,并且这些变化在核子数达到半满壳时尤为显著。此外,尽管当j较小时,由几何四极-四极相互作用得到的低激发能级不满足转动谱规律,但当j值足够大时,这些低激发能级满足转动谱规律。The analysis of the quantum phase crossover behavior in the spherical shell model mean-field plus the geometric quadrupole-quadrupole (Q·Q) and standard pairing model within a single-j shell is reported. Several quantities, such as low-lying excitation energies, the overlaps of excited states, ratios of some B(E2) and electric quadrupole moments of some low-lying states as functions of the control parameter of the model in a j=15/2 shell are calculated. The results show that there are noticeable changes in the crossover region of the rotational-like to the pair-excitation phase transition, such as B(E2;4₁ → 2₁)/B(E2;2₁ → 0_g) and B(E2;4₂ → 2₁)/B(E2;2₁ → 0_g), especially in the half-filling case. Though the low-lying excitation energies generated from the geometric quadrupole-quadrupole interaction not satisfy the pattern of a rotational spectrum when j is small, these energies follow the pattern of a rotational spectrum when j is sufficiently large.     

原子核集体运动的新模式(续)

 在《原子核集体运动的新模式》(参见本刊1999年第2期)一文中,我们已对原子核的集体振动作了介绍,本文主要介绍原子核的集体转动。