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B(E2)反常:核结构研究的大BUG (9)2020 第一个理论

已有 1366 次阅读 2022-7-5 12:12 |个人分类:我爱我师|系统分类:科普集锦

    在物理学领域,做核物理研究的可能最讨厌影响因子了。16-19年的四篇文章,完全确定了B(E2)反常现象,揭示了当下核结构理论的缺陷,永久的改变了我们对于核结构演化的看法。这些工作可以说是非常重要的。但是这4篇文章的引用量分别是11,10,13,4(到今天)。这里边的问题就是,没有人说清楚究竟发生了什么。就好像早就习以为常的平原上,突然崛起了几座孤零零的高山。我猜应该有不少做核结构研究的,用自己的模型对这些结果进行了计算,但是应该是什么都没算出来。然后,就没有然后了。做核物理研究的,在物理学中就已经是少数了(按照现在这种标准,还不如直接把核物理砍了好,何必让今天的青年人进入这个领域再纠结呢?)而这种又如此隔路的结果,能愿意考虑它的自然是更少了。当然了,即使考虑可能也没有用。

     现在我们有了一个新的核结构演化的图像。从幻数的原子核开始,这里2+态的能量很高,4+态与2+态能量的比值E4/2大于1小于2(接近1这边),两个能级的电四极矩约化跃迁强度的比值B4/2远远小于1,这是一种单粒子激发行为。当远离幻数的时候,核子间的相互作用导致集体模式占据支配地位,所以2+态的能量开始逐渐变低,E4/2迅速超过2,整个Yrast带的变化非常显著。下图是Xe核Yrast带的能级变化,这种普适的变化趋势是很明显的。   

      但是电四极矩约化跃迁强度的变化方式,就会出现常规和反常两种情况。当然形变的趋势是必然的,整个没有变,但是这里边究竟是怎么变的,就和老的看法完全不一样了。这个新的变化模式会在后边讨论球形核的专题中再详细说明。

     导致反常的作用是不能突然出现的,当偏离幻数的时候它就开始出现了,只不过由于相互作用的彼此竞争(相变原理),有的时候不会显现反常,有的时候会显现反常。

     当我在2019年下半年看到这个结果的时候,我就明白如何在相互作用玻色子模型(IBM)中理解这个问题。我的办法非常简单,首先我认为相互作用玻色子模型对于描述原子核的集体激发是有效的,因为的它的出发点是把核子对看成玻色子,利用代数方法来讨论。这个出发点既是物理的(原子核超导),也是数学上有效的。也就是说,这个模型把价核子,看成一堆玻色子彼此作用。只要不拆对,这个看问题的方式就是有效的。而这些反常的原子核看不出来有拆对的可能。

     以前考虑IBM的时候,主要考虑到两体作用。虽然也有考虑三体作用的,但是讨论的比较少,没有用在主流的核素拟合之中。在解决这个反常的问题中,我加入了两种SU(3)的三阶高阶作用,然后就很容易的解释了这个反常。这几乎是这个模型中的唯一的可能方式。

     

        从以上结果可以看出,这个理论描述了一种常规的能谱,但是它的确产生了B(E2)反常的结果。这个理论的成功,说明IBM是一个成功的核结构理论。当然,这不意味着理论就一定是正确的,这还需要进一步的实验验证。16-19年发现的这几个反常核,都是非常不稳定的,实验上测量非常困难,所以才是最近给出了新的结果。但是还不能给出这些原子核的详细的激发能谱和跃迁强度,这一直是做核结构理论的痛点。

    我非常期待未来的实验能够详细的给出这些核的能级数据,来验证我的理论是否正确,或者如何进一步修正。当然,对于已经有的实验数据,也已经揭示了很多非常有趣的事情,理论研究也一直在进行之中。后边的专题中我会详细讨论一下引入SU(3)高阶作用的相互作用玻色子模型,方便对这个问题进行研究的人参考。这个专题的后边还有三节,是我关于这个主题的一些新思考。









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1 杨正瓴

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