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原子核中的SU(3)对称性:从转动到形变

已有 1664 次阅读 2023-5-20 21:34 |个人分类:我思故我在|系统分类:观点评述

    在原子核结构的研究中,对称性扮演着重要的角色。如果问哪一种对称性最重要,这个答案可能是让人纠结的SU(3)对称性。之所以最重要,是因为原子核的平均场可以用三维简谐振子来讨论,这样有了Elliott的壳模型SU(3)理论。为何要纠结呢?因为它看起来好像不是那么的好使,在平均场中还有一个自旋轨道耦合项,当讨论更大的壳的时候,这个对称性被破坏了。

    于是各路核结构的研究者为了恢复这个SU(3)对称性,可以说是殚精竭虑,费尽心思,找到了各种办法。

    而另外一方面,这个SU(3)对称性一直被用来讨论转动谱,实际上是在描述长椭球。现实中,还有各种的形变,看起来和这个对称性没有什么关系。在讨论几何模型的时候,居于核心的是O(5)(U(5))对称性。在相互作用玻色子模型中,这个对称性仅仅在一个角上起作用。

    最近我们的一些工作,即将彻底改变这样的看法。在相互作用玻色子模型中,我们引入了一个新的哈密顿量,它的出现在开始的时候仅仅是一个尝试,没有逻辑上的必然性。当然也是因为我和这个模型纠缠了很长的一段时间,前后跨越了将近十年的光阴。一方面是实验上突然蹦出了一些奇怪的结果,看起来和传统的理论格格不入。一方面理论方面隐约有些不自洽。

    今年是我研究相互作用玻色子模型的第20个年头了,真是光阴似箭。对于这个模型,从开始的蒙蒙似懂,到疯狂的编程窥视,到无奈放弃,到突然开悟,到进入新的世界,所有一切,似乎已成必然。

    相互作用玻色子模型引入了一个原理,就是相互作用的玻色子数是守恒的,这样低能集体激发态构成了SU(6)群的表示。这是1975年Arima和Iachello给出的。这里边一个很重要的事情,就是这里有一个SU(3)极限,可以描述长椭球的转动。

    但是,这个事情,其实和前边所说的壳模型是明显冲突的。因为在那里,这个对称性被破坏了,直接看并不存在。最近,我们的工作给出了一个不可思议的结果,就是SU(3)对称性不仅支配着长椭的转动,而且,支配了所有的四极矩形变。具体的介绍会在文章出现后陆续给出,因为文章有四篇,共同支撑起了这个结论。

    这是新模型给出的新的原理。

    几年前,我去南开大学和罗延安老师讨论一些问题,他向我展示了SD配对壳模型的计算,并且问我是不是应该有什么对称性在起作用。当时的我对壳模型并不熟悉,这样一个受到相互作用玻色子模型启发的壳模型,居然没有对称性,确实让我大吃一惊。我开始思考着里边的差别究竟意味着什么。

    而现在我开始相信,有些事情将会发生变化,虽然我现在还不知道究竟是什么变化,但是可以肯定是,SU(3)对称性会扮演重要的角色。如果是SD配对壳模型,不仅仅是构造SD对,而且要满足SU(3)对称性,但是这可能和现有的壳模型冲突。

    如果相互作用玻色子模型中,SU(3)对称性支配着四极矩形变,那么对于壳模型来说究竟意味着什么呢?相互作用玻色子模型是最低能的自由度,很难想象如果在壳模型的层次上没有这种对称性,在更低的能量尺度上居然会出现这种对称性。如果真的是这样,那将是我游走在物理世界中遇到的最不可思议的事情了。特别是这种对称性支配了所有的形变。如果考虑到实验上基本否定了球形核,也就是说都是形变的原子核,那么就意味着SU(3)对称性在理解低能原子核结构方面,将会起到八成以上的作用(以前可能起到了两层多的作用)。这是让人震惊的!!!!!

    这种对称性从哪里蹦出来的?为什么在壳模型中,我们没有看到这么多的这种对称性呢?我们打开了一扇门,穿越了不可思议的境地,我相信,我们即将走到第二扇的门前。



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