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具有SU(3)高阶作用的相互作用玻色子模型的历史和主要文献

已有 886 次阅读 2022-11-1 21:05 |个人分类:我爱我师|系统分类:论文交流

    相互作用玻色子模型是Arima和Iachello两人在1975年创立的,至今已经快有50年了。这个工作非常重要,从一个最简单的角度揭示了核结构的低能演化行为,是公认的诺贝尔物理学奖级别的研究。这个模型让我们看到了一个复杂的系统是如何呈现最为简单的一面的。让人遗憾的是,Arima已经去世了,这个领域已经没有获奖的希望了。很多时候,不是研究不重要,而是运气差了一些。特别是在物理学领域,很多极其重要的工作也没有获奖,让人颇为无奈。

    他们两人最先给出的是最简单的模型,随后该模型就被推广到了各种情况,所以很多时候我们都会以为该模型的基础性工作已经完成。最近本人和辽宁师范大学的张宇教授都对具有SU(3)高阶作用的相互作用玻色子模型进行了各自的讨论,不仅是该模型的一种推广,而且更是重置了该模型的理论基础,极大的丰富了该模型的应用范围,以及对于该模型的理解。很多方面,新的理解已经远远超出以前的考虑方式。当然,新的工作是建立在新的实验基础之上的,这便是球形核疑难和B(E2)反常两类超出以前模型理解的特殊而且系统性的核结构问题。理论是要建立在实验基础之上的。球形核疑难已经在Cd核及其附近的原子核区做了详细的实验研究,而B(E2)反常已经在W-Os-Pt区发现,并且可能是一个大的反常区,这些实验结果和以前的核结构观念完全不同。    

         传统的相互作用玻色子模型的理解方式,建立在单体和两体作用之上,这也是和传统的核结构演化的理解方式相对应的。原子核是一个多核子强作用系统,但是让人惊奇的事情是,存在一个平均单粒子势,这个势场可以解释幻数。这个势场一般认为是球形的,这样当价核子开始增加的时候,就必然出现刚性球的振动模式,当价核子进一步增多的时候,质子中子相互作用会导致原子核的内部极化,从而出现大形变。这就是从上世纪五十年代前后开始出现的对于核结构演化的理解。这个图景也成就了两个诺贝尔物理学奖。

    在相互作用玻色子模型中,配对的核子处于一个很重要的地位。这个模型是一个代数模型,具有SU(6)对称性,有三个可解的极限,即U(5)极限,用来描述球形核的简谐振动;SU(3)极限,用来描述长椭球的转动模式;O(6)极限,用来描述一种γ无关的转动模式。这可以用上图中的下面三角形来描述,也被称为Casten三角形。这是相互作用玻色子模型中理解核结构的出发点。沿着SU(3)极限到O(6)极限的延长线,可以得到扁椭球形状。如果在这个最简单的模型中讨论刚性三轴转动,需要引入三阶作用,这是Isacker和陈金全老师的重要工作。他们的研究开始了理解相互作用玻色子模型中高阶作用的历史。

    对于SU(3)极限下高阶作用的研究开始于1985年。SU(3)极限下的两体作用可以给出长椭球的转动谱,但是两个声子激发带是简并的。如果要拟合实际的原子核,需要加入其他极限。但是如果考虑SU(3)下的高阶作用,对称性可以保持,并且简并可以解除。这是他们考虑问题的出发点,并且在这里对于SU(3)极限的对称性守恒的三体和四体作用给出了详细的讨论。但是这里的物理图景是非常局限的。

        一个重要的物理意义上的突破发生于2000年,Smirnov等人意识到可以在SU(3)极限下通过三体和四体作用,给出刚性三轴转子的描述,这是一个非常微妙的结果。很长的时间里实际上我们都没有明白这个理论究竟在说什么。在这里,它指出了一个容易混淆的常识,就是认为SU(3)极限描述长椭球是错误的,实际上是它的一个表示是长椭球的,而在两体作用的时候这个表示的能量是最低的。当引入三体和四体作用的时候,我们可以让任何一个表示能量最低,这样可以使得基态是各种四极矩形变的形状,可以是长椭球的,可以是扁椭球的,也可以是三轴刚性的。可惜那个时候,我没有完全意识到这一点。这个工作在2014年,进一步被辽宁师范大学的张宇教授所推广。

     下一个重要的工作是2011年Fortunato等人的研究,他们在原来的两体作用上加上了三体作用,然后讨论了经典极限下的相图,给出了非常重要的结论,就是以前一直没有被重视的SU(3)三体不变量是扁椭球的。当我后来看到这个结论的时候,我就一下子明白了很多东西,可惜这已经是18年下半年的事情了。第二年,张宇教授给出了SU(3)极限下的长椭球到扁椭球的形状相变,这是一个非常奇特的结果。虽然它看起来非常的简单,但是至今很多东西还无法搞清楚。对称性里边似乎隐含了进一步的结构。   

    这样一来,就可以构建具有SU(3)高阶作用的相互作用玻色子模型了。在这个模型中只需要考虑两个极限,一个是U(5)极限,一个是SU(3)极限,在SU(3)极限中可以有长椭球、扁椭球和各种三轴刚性形变。这样一来问题就出来,好像没有γ软的形变。我的主要工作就在于,发现该模型存在γ软性,而且是一种全新的模式。

    重要的不仅是新模型本身是自洽的,关键是这个模型和新的实验数据建立了某种奇特的关系。在我开始理解这种γ软性的时候,我注意到了B(E2)反常现象,立刻我就意识到新模型可以解释这种反常。这的确是让人激动的发现,因为这种反常不能用以前的理论来理解,这突出了新模型的价值。最近,张宇教授对于该反常现象也进行了解释,同样也是在该模型的框架下。这进一步说明了该模型的现实意义。    

     决定性的实验结果是球形核疑难,这在前边的博文中已经反复介绍过,实验不支持存在刚性球形核的振动模式,他们认为应该是一种γ软的转动模式,但是这种模式在以前的理论中没有被发现。

     我其实是被这个疑难所吸引的,因为我意识到我可能有一种新的γ软的模式,而让人惊奇的是,这种模式居然和Cd核的正常态非常符合,不得不说是一种奇迹,完全超乎预料。


    以上就是关于具有SU(3)高阶作用的相互作用玻色子模型的历史和主要文献,在这里我们有一个新的讨论四极矩形变的框架,它和以前的工作有很大的不同。当然重要的是,我们在该模型和其他理论都无法理解的球形核疑难和B(E2)反常之间建立了奇妙的联系,这使得该模型具有现实价值,也许我们在无意之间看到了核结构变化真实的一面。以前的观点也许仅仅是一个近似,更多的实验数据意味着老的结构观点已经出现了问题,而新的观点正在全面的建立。核心的转变就是球形是一种特殊的形变。这一点在Garret和Wood等人的综述中已经说了出来,但是他们没有找到理论来支持这点,而我们也许无意间打开了这扇门。

    新的工作正在全面展开,我们期待新的理论能够解释各种反常行为,同时也能包含已经能解释的各种现象。


   



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