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也许SU(3)对称性支配着原子核的各个层面

已有 1206 次阅读 2023-5-1 18:36 |个人分类:我思故我在|系统分类:观点评述

    原子核中也许隐藏着量子色动力学的终极奥秘。对于原子核来说,从夸克和胶子的角度来进行理解是一个终极的目标,但是现在看来也依然是非常困难的。很显然,夸克和胶子在对原子核理解中究竟占据了多少的比重,我们都还不清楚。如果能用五十年的时间对这些问题有一个明确的理解,那就已经是难以想象的进步了。

    对于原子核的理解犹如洋葱一般,最深层次的是夸克和胶子,然后是核子的层次,这个是最常见的,也是至今得到理解最好的层面,但是这不意味着就没有问题。然后对于中重原子核的低能有效的理论是相互作用的玻色子,原子核的低能激发模式是SU(6)群的表示。这一点被Arima和Iachello在1975年发现。

    一个很重要的问题就是,从夸克和胶子到相互作用的玻色子,究竟有没有什么东西是一直起到了支配作用的呢?当然这个答案可能有,也可能没有。如果有,那么它是什么呢?

    几年前我去南开大学和罗延安老师讨论一些问题。罗延安老师是研究SD配对壳模型的,这个模型的提出就是在壳模型和相互作用玻色子模型之间建立一种关系,这个模型的提出者是陈金全老师,是国内不多的原创性的重要成果。但是,给我的感觉是,这个模型和相互作用玻色子模型之间并不是简单的对应关系,这让我有些惊奇。这个模型算起来很复杂,很难算到价核子太大的情况,制约了这个模型的发展。于是他问我,这个模型中是不是应该有什么对称性,存不存在简便的算法。我对于这个问题一直记挂在心上,但是我对壳模型本身不是太熟悉。于是我思考了另外一面,如果存在某种对称性,它应该是什么?

    罗延安老师有个学生叫何秉承,对于Ba核做了进一步的研究,希望和实验中的结果,以及相互作用玻色子模型做出某种关系,这是一个深刻的讨论,但是文章没有发表出来。主要的原因在于我,因为我意识到,两者之间的关系不是像传统的理解那样,是从球形到γ软的,而是扁椭球的。这个认识经历了很长时间,因为我的内心告诉我,那个结果存在一些问题,但是我还无法确定问题出现在了哪里,直到最后我才明白发生了什么。最近一篇PRL的文章,直接揭示出Ba-Xe核涉及长椭到扁椭相变,我看到后还是很失望的。

    这背后因为SU(3)对称性。

    量子色动力学的对称性是色SU(3)群,这个都是熟悉的。当到了低能区的时候,胶子的作用就会占据一个极大的作用,最近关于质子的质量半径的实验也进一步证明了这一点。质子的最外层是一层标量胶子,这是很有意思的。原子核的质子和中子是由这一层标量胶子粘起来的。所以质子和中子之间的相互作用应该和SU(3)群有某种关系。

    这样一种作用,化成了两个部分,一个是平均场,一个是剩余的核子核子作用,这是原子核结构研究的主要途径,也是让研究者困惑的地方。平均场的对称性中,SU(3)对称性占据着支配的地位,这一点是非常清楚的。它导致了原子核中能隙的出现。而核子核子之间的作用,SU(3)对称性也是非常重要的,它导致了原子核形变的出现。在这里,SU(3)对称性导致两种截然相反的现象(单粒子现象和集体行为),如何自洽的理解这一点,是核结构研究的核心问题。

    这里的例外是,总有一些事情会导致对称性被破坏,对于低能原子核来说就是超导的出现,核子配对会破坏SU(3)的对称性。 如果破坏了,这种对称性不可能比SU(3)对称性更高。理解原子核的核心是SU(3)对称性,它导致原子核的形变,在某种特殊的情况下,出现了能隙,遏制了形变。

    这是一个对原子核结构的全新的看法,也是理解核物质问题的一个新的角度。

    旧的相互作用玻色子模型提供了不同的看法,SU(3)对称性仅仅是一个特殊的代数极限。最近我们开始否定这种观念,认为原子核的形变都是由SU(3)对称性来支配,对称性被赋予了更高的原则性的位置。对称性支配相互作用。

    因为SU(3)对称性的存在,原子核才存在形变,这是一个非常强的假设,但是我们会获得理解原子核的统一的框架。

    每一个原子核的出现,都是夸克和胶子相互作用的层展现象,都是一种集体效应。但是SU(3)对称性,在胶子层面上,可能一直都没有破缺,并且保存了下来,支配了原子核的低能行为。



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