王涛
SU3-IBM是核结构领域代数方法的集大成者
2024-5-17 09:07
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    核结构领域自从诞生以后,就分成了几个角度来进行研究。比如从单粒子轨道的角度的壳模型,一直是核结构研究的基础。比如从形状的角度来建构哈密顿量的几何模型,突出了原子核的集体激发。比如从对称性角度来解决问题的代数方法。比如从核子之间相互作用出发的密度泛函理论。当然还有一些其他的角度。每个角度也有各种可能的变种。

    SU3-IBM,顾名思义,是IBM和SU(3)对称性的组合,是两种代数方法的集成。IBM是相互作用玻色子模型,是1975年Arima和Iachello提出来的,用玻色子来讨论原子核的集体激发,把壳模型和几何模型联系在了一起。这是一个优美的代数理论。如果只考虑角动量为0和2的玻色子,那么集体激发就构成了U(6)群的表示,在这个假设的基础上,就会运用群论给出后边的所有的理论结构。

    SU(3)对称性的历史更早,更长远。早在1958年,Elliott就把SU(3)对称性引入到轻核的壳模型中,解释了转动谱。把单粒子行为和集体激发联系在了一起,影响巨大。随后由于赝SU(3)对称性的提出,Draayer等人开展了长期的赝SU(3)壳模型的计算。当然这类研究也推广到了各种SU(3)对称性的模型中。最近Bonatsos等提出的proxy-SU(3)对称性,被SU(3)放在了一个更加重要的位置上,为SU3-IBM的正确性奠定了微观基础。

    SU(3)壳模型和IBM是核结构代数方法中的两个典型,所以让人惊奇的是,没有人把他们融合在一起,这是一个非常不可思议的事情。阻碍这种融合的,自然是老的观念。在以前的IBM中,SU(3)对称性只是IBM的一个极限,描述长椭球。这是问题的根本。在以前的研究中,讨论实际的核谱的时候,SU(3)对称性只和长椭球联系在了一起。

    在Draayer等人的研究中,实际上也把SU(3)对称性和所有的刚性三轴转子联系在了一起,但是这种联系没有进入到实际的核谱学的研究中,最近只是Wood等人用老的刚性三轴转子模型来研究γ软核,还没有到SU(3)映射这一步,我们将会进一步开展这样的研究。

    一个关键的一步,是Fortunato等人在2011年发现,SU(3)对称性的三体项可以描述扁椭球,添上了最后最后一个补丁。

    只要到了我这里,才意识到,所有的四极矩形变应该都被SU(3)对称性来描述。

    所以,IBM和SU(3)对称性的融合是必然会发生的,只是没想到会发生的如此之晚。阻碍发生的原因自然是老的观念。而促进它发生的,自然是新的实验。

    我很幸运的完成了最后的化学反应,开拓了核结构研究的新世界。这个观念的转变,就好像从地心说变到了日心说,从旧量子论变到了新的量子力学,我们从新的观念来组织对于实验数据的理解。

    做核结构研究的,可能都没有想到,包括做代数方法的,居然是代数方法最先迈出了这一步,给出了核结构精细谱学的描述。

    所以说,SU3-IBM是核结构理论代数方法的集大成者。这种融合,虽然从数学看起来很容易,但是导致了整个观念的变化,核结构研究进入了一个新的世界。所以在这个过程中,大量的核结构研究者都做出了重要的贡献,奠定了SU3-IBM的数学基础,以及在老的观念下的各种可能联系,这为新理论的诞生和新观念的转变奠定了基础。

    幸运的是,实验揭示出老的观念是不够的,是错误的。实验和理论之间出现了一个大坑,而我很幸运的掉到了这个坑里。我很多年都在编制一个程序(其实我也不知道这个程序能有什么用),然后发现了SU3-IBM和实际的核谱学的联系,开创了精细核谱学的研究领域。由于SU3-IBM能够给出精细核谱,所以它就能够给出原子核基态的更加准确的势能面描述,这将会极大的促进密度泛函理论的发展,告诉我们核子之间准确的相互作用形式。

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