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核结构中的SU(3)对称性:(10)Elliott范式和赝SU(3)对称性

已有 891 次阅读 2023-11-2 15:00 |个人分类:我思故我在|系统分类:观点评述

    Elliott的SU(3)壳模型虽然数学上看起来很简单,但是给了我们一个统一单粒子轨道和形变的简单观点,所以自然特别吸引人。可惜我多年来一直沉迷在相互作用玻色子模型中,没有注意这么美妙的理论。(相互作用玻色子模型也很美妙,所以多年来我都一直在思考它。最近接触Elliott的理论,就被它深深吸引了。)很多做物理研究的人,不是很喜欢核结构,因为他们会直接被大尺度壳模型(可以被看成是最前沿的核结构研究方向)劝退,感觉不到这个领域美妙的地方在哪里。SU(3)对称性的思想在核结构领域是一个比较小众的观念。

    一个研究领域是否吸引人,关键是这个领域是否有一些美妙的想法,会超出一些人的直观现象,然后里边会有一些奇特的数学,在某些时候会显示出奇特的结果。

    原子核物理学正在重新成为科学研究的前沿,虽然在低能核物理领域这一点还没有被意识到,但是在高能区,这几乎已经成为共识。高能核物理正在融入研究黑洞、量子引力、全息原理的那些美妙而奇特的想法。

    Elliott的想法简单和直观,但是从能壳上看,更高能壳的SU(3)对称性被自旋轨道耦合作用破坏了,所以SU(3)对称性好像不好使了。这看起来是一个非常直接的正确的推论。但是实验数据却不是这样的。在中重原子核中,出现了明显的长椭球的转动行为,实验上可以观测到明显的转动谱。SU(3)对称性好像在那里告诉你:“我没有消失,你看,我还在这!”

    这吸引了一些研究者,特别是做代数方法的研究者,进一步思考利用能壳的SU(3)对称性来理解这些中重核的转动谱,这可以看成是Elliott范式。其中一个很重要的一步,就是发现了赝SU(3)对称性。这是Hecht等人和Arima等人在1969年做出的工作。

   

     寻找SU(3)对称性,就是寻找SU(3)对称性的量子数。这需要眼力劲。核结构领域的很多进步,不是充满晦涩难懂的符号,更多的是直接明了。在上边的能谱图中,左侧我加上了SU(3)能壳的特有的可以填充的质子数或中子数。比如对应sd壳,会激发出两个声子,考虑自旋以后,这里会有12个量子态。

     右侧28以上的能壳的填充的数量是22、32、44、58,如果把上边闯入的轨道的填充数量去掉,你会发现12、20、30、42, 和左侧对应N=2、3、4、5的能壳的SU(3)对称性的量子数是一样的!对于这些量子态,具有精确的SU(3)对称性,这就是赝SU(3)对称性。

     很奇妙吧!正确的想法总会让你有奇妙的发现!

     这说明,对于N+1的声子激发具有SU(3)对称性的量子态,其中有一部分量子态对应N个声子激发,也具有SU(3)对称性。你把SU(3)对称性剥掉一层,里面还依然隐藏着一个SU(3)对称性!

     如果你发现了这个奇妙的数学对应关系,你就一定会去寻找这部分量子态和N个声子的量子态之间的确定关系。比如右侧对应12的2p1/2(2)、1f5/2(6)、2p3/2(4)和左侧对应12的2s1/2(2)、1d5/2(6)、1d3/2(4)是彼此对应的。这就是赝SU(3)对称性!具体的数学细节就不多说了。这个对称性后来发现是一种相对论效应。

    这样一来,我们可以看到,28能壳以上的主壳里边的量子态有很大一部分放在一起是有着精确的SU(3)对称性的,所以Elliott的观念就又复活了。

    (这节的内容你是不是有些很吃惊?)



   

   



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5 刘全慧 宁利中 高宏 杨正瓴 郑永军

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