SU3-IBM分享 http://blog.sciencenet.cn/u/qiaoqiao1980 努力揭开更多原子核的秘密

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在过去十年,整个核结构领域都发生了不可思议的转变

已有 561 次阅读 2024-4-22 22:07 |个人分类:我思故我在|系统分类:观点评述

    核结构是一个古老的研究领域,从1932年查德威克发现中子开始,至今已经93年了。虽然没有人会说这个研究领域已经不重要了,但是这个领域,特别是低能区的研究,已经是无可争议的冷门了。但是在过去十年,整个核结构领域都发生了不可思议的转变,这个转变在核结构的历史上(我相信)足以和1950年前后的五年相类比,那个时候发现了壳模型解释了幻数(1949),发现了几何模型解释了原子核的集体行为(1950-1953),这些成就最后被授予了两个诺贝尔物理学奖,成就了核结构研究的基础。

    从那时候起,形成了关于核结构演化的基本观点。具有幻数的原子核是球形的。当价核子开始增多的时候,如果幻数核是球形的,那么这些价核子的作用一定是形成声子激发模式,这些原子核也一定是球形的。当价核子增加的更多的时候,由于价核子之间的吸引作用,就必然会出现形变。而当价核子非常多的时候,就会出现大形变,而这个大形变的原子核一定是长椭球形。当价核子继续增加,就会接近下一个幻数,此时有效的空间会减少,所以会出现一种γ软的模式。

    这种观念持续了很多年,在2010年近代物理评论(物理学领域的绝对权威)上的一篇综述上,谈的就是这种观念。最近的一些综述文章实际也是坚持这种主流看法。(这种形状相变的观念非常流行,而且综述很多。)

    但是实际上,这种观念在过去的10年已经遭到了全方面的质疑和否定,还有许多人坚持它,不过是因为它提供了一种简单的近似看待形状的方式,不代表它就绝对是正确的。(我最近发现,如果坚持这种简单的观念做具体的研究,可能已经不招人喜欢了,转变实际上已经开始发生了)科学界中已经有的观念要发生转变,可不是一件容易的事情,这需要很长的时间,甚至是一代两代人的老去。

    这种转变是不可思议的,也是非常稀有的,在科学史上具有极大的价值。我相信类似的变化,也终有一天会发生在粒子物理领域。由于已经有的观念的影响,一些不太正确的想法,持续的存在于科学研究之中,影响着科学研究的方向。有的领域,这种影响很少。有的领域,这种影响已经进入了非常严重的程度,甚至已经阻碍了整个领域的进一步的发展。当然,越是基础领域,这种可能性就会越大。

    在核结构研究中,变化当然也不是突变的。一些不同的看法,或者不同于标准的做法,也会偶尔会出现,这些变化会一点点的积累。随着实验数据的积累越来越多,我们自然开始意识到,原来以前的理解,和真实的核结构实验,差距很大。这个变化非常有意思,虽然我现在已经开始一点点的意识到,但是把它真的说清楚依然是不可能的,因为跨越的时间超出想象。

    这种变化,首先是球形核疑难(从2008年开始)。Garrett,Wood,Yates等人希望从实验上证实已经都认为存在的球形核的激发模式,但是事与愿违,结果实验上根本没有发现球形核的声子激发,这让人非常震惊。因为关于原子核形状演化的观念,从一开始就出现了问题。实验发现了一种奇特的类球形的γ软核,结果这个激发模式好像从来没有在理论中见过。真实的情况,和我们理所当然认为的情况,差距不是十万八千里,而是根本就不一样。以前认为是振动的模式,实际上是一种转动。

    最近,连我们认为,如果出现大形变,就一定会出现的长椭球形核,比如166Er,结果也被质疑和否定了。这个事情更让人震惊。因为这个结果,是已经被各种理论所证实的,结果也出现了问题。实验的数据,不是一种解释,新的解释才是更正确的。Otsuka等人认为(从2019年开始),这些核更是三轴形变的原子核,不是长椭球形状。这些结果也很让人震惊,因为以前的想法,和现在的想法也完全不同。以前认为是γ振动的模式,结果变成了转动。

    这样一种转变不是一种巧合。因为老的观念,从1950年开始,从一开始就和后边出现的一般性观念是冲突的。凝聚态物理的发展,使我们最终意识到,即使是粒子物理领域也一样,在低能下,物质不会呈现一种对称性高的状态,而是一种对称性低的状态,这就是对称性自发破缺。1950年出现的观念的核心,是一种球形的原子核,是一种对称性非常高的状态,后边的研究延续了这个老旧的观念,研究各种可能的形变。实际的观念是,原子核是一个量子多核子系统,相互作用复杂,所以出现的一定是对称性低的形变,只有在特定的机制下,才可能会出现球形。如果考虑四极矩形变是最普遍出现的情况,那么一定是三轴形变才是核结构集体模式中最重要的,那么自然是转动,而不是振动,才是主要的激发模式。

    这种观念的转变也在2019年初发生在我的头脑中,当然那个时候还不是很清楚,甚至我都不知道很多细节的来龙去脉,但是我似乎清晰的看到了一些非常不同的东西。我提出了SU3-IBM,把刚性三轴形变开始放在核结构研究的核心地位,虽然实际的原子核看起来和三轴形变不太像,那是因为对力作用,把这种形变给掩饰了。我们不能只看到现象,而没有看到本质。当然那个时候,三轴形变这个概念,对于我来说都依然是模糊不清的。但是我的确看到了不一样的东西,因为我的程序里的确出现了不一样的东西。

    B(E2)反常的发现,和我的理论解释,带给了我极大的冲击,让我彻底相信新理论是正确的。随后辽宁师范大学的张宇教授,从刚性三轴转子的SU(3)映射的角度,对该现象做了全面的分析,完全确定了该理论所包含的巨大的可能性。

    从那个时候起,我开始一点点捋顺究竟发生了什么,我才知道,很多东西实际上是早就已经发生了。但是这些只是破碎的线索,直到最近我们才开始把他们综合起来,成为了新的观点。在这种观点下,我们对球形核疑难给出了新的解释,认为这是一种新的集体激发模式。最重要的是,我们开始对以前的γ软核的O(6)对称性的解释产生了质疑,研究发现这种简单的对称性并不是实际的情况。

    Proxy-SU(3)对称性的发现,也从微观的角度开始支持我们的观念,当然这只是才开始。

    所以现在的情况,就是老的观念看来都是不正确的,因为它把球形核放在了研究的核心位置。而新的观念中,三轴形变才居于核心位置。以前认为偶然出现的东西,现在成为了普遍的存在。

    一切的变化,在不知不觉之间,都已经发生了。老的观念已经是不正确的,但是新的观念还没有完全建立起来。我们还不能明确的给出结论。我们需要大量的计算工作(这样的支持可能很难),但是一切都开始显得很美好。我曾经抱怨过命运的不公,但是在多年以后,突然之间,我终于看到了从来都没有的新世界。命运之奇妙,才是这个世界最不可思议的事情。

   

   



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