原子核是一个复杂的量子多体系统，由质子和中子构成。1911年卢瑟福发现原子核的存在，1932年查德威克发现中子后很快研究者就提出原子核由质子和中子构成，核结构的研究领域就由此开始了。到2032年，就是核结构研究一百年的时间了。

    如此漫长的时间，自然在核结构领域取得了许多重要进展，这里边最重要的自然是迈耶和延森为了解释原子核的幻数所提出的壳模型（1949），以及雷恩沃特、小玻尔和莫特尔逊为解释转动谱提出的几何模型（1950-1953）。两个模型由于促进了对原子核结构的根本性的理解而被授予了1963年和1975年的诺贝尔物理学奖。

    不管是壳模型还是几何模型的基本观念，实际上在中子发现前后就已经开始出现和发展。壳模型的想法从1932年就已经出现，几何模型的形变概念从1931年就已经存在了。从想法的出现到理论的明确阐述，中间经历了漫长而曲折的过程才最终得以突破和确立。原因就是原子核系统太复杂了。

     壳模型和几何模型是两个观念上实际上冲突的两个模型，这是核结构研究中让人困惑而迷人的地方。壳模型是单粒子的模型，假设是球形势场。几何模型是原子核整体的集体模型，讨论的是形变。从幻数核到大形变核，再到幻数核，究竟发生了什么，是核结构领域的核心问题。在整个原子核核素表中，幻数核是少的，大形变核也是不多的，中间的情况实际上占据着大多数。我们发现这类核几乎都有γ软的基本特征。所以说，理解原子核性质的关键，就是理解什么是原子核的γ软性。 

     四极矩形变是原子核的基本形变。在以前的研究中，我们都是从球形开始讨论，但是这个观点最近面临实验数据的挑战。但是关于形变这方面，四极矩形变占据支配地位是没有问题的。四极矩形变在经典上指的是椭球体，包括长椭球、扁椭球和刚性三轴椭球。如上图所示，为了描述椭球体，数学上可以引入两个变量。一个是椭球偏离球形的量度，这个量叫β，一个是三轴椭球偏离单轴椭球的量度，这个量叫γ。椭球体有三个轴，如果三个轴是相等的，就退化为球形，如果两个轴是相等的，就是平常说的长椭球和扁椭球。所以四极矩形变可以由β和γ来确定，当这两个值定下来了，对应的经典形状就定下来了。

     形状的概念在原子核结构的研究中居于核心的位置，也是几何模型的出发点。关键的问题是什么呢？原子核是一个多体量子体统，并不真的是一个经典的几何系统，存在量子涨落。也就是说原子核的形状实际上可能是模糊的，不是非常明确的几何形状。

     几何模型是把四极矩形状变量量子化的理论，从而引入了量子涨落。在这个模型中，势场是β和γ的函数，所以就出现了一种数学上容易求解，但是几何概念却非常不明确的集体模式，就是γ无关的模式。势场是与γ无关的，所以这个γ自由度是完全不确定，我们根本无法想象这种模式的经典几何形状。从量子叠加的角度来看，就是所有的椭球体等概率的叠加在了一起，很神奇的东西。这个谱的理论在1956年被Wilets和Jean做了讨论，因为当时实验上已经发现了这种能谱。这种能谱看起来和球形核的振动谱很相似，所以开始的时候把它看成是一种表面振动模式，实际上是五维空间的转动谱，具有O(5)对称性。   

   在经典几何中，刚性三轴转子的量子力学是非常重要的（γ值是确定的），很显然原子核是一个好的讨论刚性三轴转子的研究对象。但是实际上的情况是，很少在原子核中发现刚性三轴转子的能谱（最近在Ge78中发现了）。但是几何模型就是从三轴转子出发的，所以自然也会给出三轴转子的情况，而且把这种模式和长椭球的转动联系在了一起。1958年Davydov和Filippov对这个问题做了讨论，并且给出了长椭球到刚性三轴的能谱的演化。

    刚性三轴转子和γ软的转动模式都成了核结构中非常重要的典型集体模式，但是γ软性看起来更重要，因为大部分原子核实际上都具有γ软的特征。

    γ软性首先是由几何模型给出的，并且发现在实际的原子核中的确有这种能谱。在1975年Arima和Iachello提出相互作用玻色子模型以后，原子核的集体激发模式一下子获得了更加深层次上的理解。他们提出了一个理解原子核集体运动模式的新原理，就是原子核的集体激发模式是U(6)群的表示，非常深刻。

    代数模型在原子核中是非常重要的，一直贯穿在原子核结构的研究中。特别是1958年Elliott在轻核中引入了SU(3)对称性，在壳模型上解释了转动谱，把壳模型和几何模型联系在了一起，第一次展现了代数方法的巨大威力。相互作用玻色子模型的引入进一步体现了代数方法无与伦比的魔力，推动了核结构的研究达到了一个新的高度。可惜的是，如此重要的研究并没有得到诺贝尔物理学奖。能达到诺贝尔物理学奖水平的研究总是比能被授予的诺贝尔物理学奖要多不少，能得奖有的时候一个运气的事情。

    在相互作用玻色子模型中，出现了O(6)对称性，可以描述γ软性，这是这个模型的成功之处，被看成是该模型巨大成功的标志之一。在该模型中，有三个对称性极限，分别对应球形、长椭球形和γ软的模式。实验上，似乎也的确如此，稍微偏离幻数的时候，能谱是球形核的，然后发生形变，出现长椭球的转动谱，然后接近下一个幻数的时候，出现了γ软的能谱（下图）。一切都如此美好，理论和实验，看起来符合的非常好。这样的观念一直持续到2000年以后，在2010年的一篇近代物理综述的文章中，讨论原子核的形状相变，秉持的就是这样的观点。

    这导致了一种错觉。核结构的研究已经完成，如果有问题，就是大尺度壳模型的计算能力还有问题，不能做出计算。如果能计算，就一定会算出实验上的能谱，如果做实验，实验也一定会给出大尺度计算的结果。

    但是进一步的实验研究，粉碎了如此美好的景象。以前的一切实际上大部分都是假象。虽然两个基础模型没有原则上的问题，对于幻数和长椭球的理解是没有太多问题的，但是对于γ软性的理解，实际上都是错误的。

    这个结论是让人震惊的，如果不是对于实验的结果有全方面的思考和仔细的辨析，很难相信以前的结论会有问题，因为它的确看起来很好的解释了实验，特别是以前的实验。

    当我把分析的结果给人看的时候，几乎无人相信，或者是无法相信。

    幸好实验上出现了B(E2)反常现象，出现这类现象的原子核都是γ软的，而且演化模式完全出乎以前理论的预料。从上图可以看到，在Pt-W-Os区出现系统性的行为，特别是在中子数92附近，B_4/2的远小于1 （实际上90的位置还有W166）。这个实验结果完全超出理论的预料，不能被以前的结果所解释。Zn74也会出现类似的结果，最近出现了新的实验数据，过段时间就会出来，等出来结果后，我会给一个详细的分析和讨论。

    这是一种新的范式。老的理论看起来解释了非常多的实验，但是有一个没有被解释，就意味着老的理论本质上出现了问题。我提出了一种新的观点，在相互作用玻色子模型的框架内先提出了一个新的模型，第一次解释了该反常。在新模型中，SU(3)对称性支配了原子核的四极矩形变，一个项描述长椭球，一个项描述扁椭球，还有一些项合起来描述刚性三轴转子。这个模式实际上在SU(3)壳模型中已经被Draayer等人做了许多详细的讨论。但是他们没有走到最后，没有出现观念上的转变。    

     并且让人惊奇的是，这个模型给出了全新的γ软的模式，这是以前的O（6）描述中所没有的，也是以前的理论中不存在的。用SU（3）对称性的二阶作用描述长椭，用三阶作用描述扁椭，如果加上对立作用，就自然会出现γ软的模式，不需要O（6）对称性。这是我在核结构领域做出的最重要的发现。以前的观念无法转变，就在于没有意识到SU(3)对称性在特殊的时刻居然会有部分的O(5)对称性。这个特殊的东西实际上在很早以前就已经知道，但是谁都没有想到。有的时候，一些习以为常的东西，可能蕴含着无法想象的真理。

     重要的是，这个新的γ软模式，和球形核疑难中出现的问题几乎是一致的。如果一个人详细的对球形核疑难的所有实验结果进行思考，就会发现我给出的结果是让人惊奇的。球形核疑难问题和B(E2)反常，在我之前国内几乎都没有人研究过，特别是理论方面的工作，所以几乎都不知道是什么东西。（好像有点实验的否证的工作）国外研究的也很少，因为以前的理论不符合。

     为了进一步支持新理论的工作，我们去年年底对γ软性做了详细的多方位的讨论，写了四篇文章，最后有三篇文章被PRC接收，有一篇被拒绝了。拒绝的文章最近做了进一步的修改。在这里我们从长椭到扁椭的实际原子核的能谱演化，从O（6）对称性的整体考虑，从SU(3)四阶项的引入可以描述E(5)描述等方面，论证了新理论的正确性，质疑和否定了O(6)对称性的合理性和有效性。   

    关键的问题是用理论描述Pt196，被拒的文章就是关于这个的。新理论给出了几乎完全自洽的描述，给出了比O(6)对称性更好的描述。审稿人的看法让人困惑。从这些理论的各种讨论中，可以看到对于核结构的理解，过去很多年出现了系统性的偏差和错误。这当然是因为原子核系统实在是太复杂了，而以前的观点和实验有很好的符合，具有极强的迷惑性。很多问题都在于细节，特别是一直缺失的扁椭球，我们缺少足够的理解，这导致对于实际原子核的γ软性的理解出现了问题。

    这样的重要发现，当然是曲折的，而且被广泛的认可也需要一段时间。但是从当前的各种讨论中，我开始相信我们工作的正确性，我们找到了理解原子核的正确的途径。中国研究者在核结构领域做出了从来没有过的突破性重大贡献。SU(3)对称性支配四极矩形变的观点将会被融合到各种模型中，特别是壳模型中，进一步发展SU(3)壳模型，期待给出所有原子核的所有能级的所有性质的正确理解。如果我们对每一个原子核都有了准确的理解，那么各种与原子核相关的问题，比如核天体中的问题，都会得到全新的理解。甚至会在原子核中找到以前无法想象的东西。进一步的理解都正在讨论中。