原子核集体运动叶剑 3页

1核结构研究概况原子核是由中子和质子(统称核子)组成的,核子之间存在着复杂的相互作用。由于核力的复杂性及量子多体问题,人类对核结构的认识是逐步展开的。早在19n年,卢瑟福仁(Rutllerford)进行了著名的a粒子对原子的散射实验[1],证实了原子的有核模型,揭开了人类认识原子核结构的序幕。紧接着,他又成功地进行了人工核反应实验,用a粒子从氮核中打出了质子。19犯年,查德威克(chadwick)发现了中子。其后,海森堡(Heisenberg)等人提出了原子核是由质子和中子组成的假说。至此,原子核的组成问题得到了圆满的解决。三十和四+年代,核结构研究主要集中于原子核的大小,质量,结合能以及裂变和巨共振等方面的性质。1935年,W亡izsacker基于理论上的一些考虑,提出了原子核结合能的半经验公式[2],较好地解释了原子核结合能与核子数之间的关系以及不同原子核结合能之间的差异。后来发展的费米气体模型[3]从理论上导出了结合能公式,和W亡izsacker提出的半经验公式类似。四十年代末至五十年代初,人们开始了对核结构进行深入系统的理论研究。但是,由于原子核内部结构的复杂性,人们还无法解A个粒子的薛定愕方程来解决核结构问题,于是先后提出了各种模型。1949年,Mayer和Jensen从平均场理论出发,提出了具有强自旋轨道藕合的壳模型[4]。该模型把原子核看成一个球形势阱,每个核子处在所有核子所形成的球形平均势场中运动,且核子的运动存在着很强的自旋轨道祸合。这样的势能够给出壳层结构,解释了原子核内核子填充的“幻数”(magicnumber),使初看起来杂乱无章的原子核基态和低激发态的性质展现出一些系统性,特别是基态的自旋和宇称,绝大多数可由简单的壳模型正确给出。将球形势推广到变形势可得变形核的单粒子能级一Nilsson能级陈6]。从而不仅可以说明球形核的基态性质,也可说明变形核的基态性质。因此,可以说壳模型获得了很大的成功。然而单粒子(或只计及少数粒子的)壳模型,只在满壳附近比较适用。当满壳外只有一个粒子,或满壳内只有一个孔穴的情况,原子核的低激发谱比较简单,其自旋和宇称基本上由单核子激发决定。随着满壳外粒子数的增加,能谱很快变得很复杂,低激发能级的密度也逐步增大。但在远离满壳的区域,如A之225,15010一,用了改进的吴一曾abc公式拟合190区所观测到的SD带,所有拟合的结果都非常好。吴一曾公式不仅能够很好地拟合能谱,确定SD带的能级自旋,而且对于转动惯量和顺排角动量的分析也是令人满意的。胡济民等从推转Boh卜Mottelson哈密顿量出发,导出了计算原子核转动带的能谱公式[45],系统拟合了sD带的转动谱[46],发现从拟合中确定的质量参数和硬度参数都展现出奇偶效应,反映了对关联对SD带的影响。郭建友等曾将Davydov一Fihppov哈密顿量,经过微扰处理得到一个新的转动谱公式,系统分析了正常形变和超形变带的转动谱阿7,48],确定了它们的形变参数,发现超形变态的四极刀形变比正常形变带大得多,厂形变差别不大,并从形变参数给出了Signature伙伴带的判据。郭建友等曾用Bohr一Mottelson的I(I+1)的两参数,三参数,四参数展开系统研究了190区61条超形变带【49,50],分析了参数关系,指出190区SD带可按参数关系分成三类:支持吴一曾a一b公式的一类,支持Hajms公式一类和明显偏离吴一曾和HamS公式的一类等。超形变核态中最引人触目现象的是叮=4分岔(又称为叮=2颤动)。所谓AI=4分岔现象即相邻能级自旋差为叮二2的转动带分裂成两支,每个分支中相邻能级的自旋差都是盯二4。这一现象在SD带中一发现就引起物理学家的注意。起初它被解释为sD态具有q对称性[5l]或凡4形变[52j,随后的研究对此提出了质疑f53洲。目前,人们对这现象已提出了多种解释。文献「54)认为叮=4分岔现象是带交叉所致。文献【40]从u(5)极限的sdg相互作用玻色子模型出发,也能解释SD带的盯=4分岔现象。郭建友等曾基于SUq(2)对称性理论,给出一个唯象公式[,,],对'`9翻(l),'48`J(6)和'48加。)sn带的叮=4分岔进行了定量计算,发现计算的结果与实验提取值惊人地吻合。表明SUq(2)对称性或许是引起sD带AI二4分岔现象的原因之一。总之,当前核结构研究主要集中在以下几个方面:在高自旋超形变方面,包括超形变核谱学,超形变核中对力场及其崩溃,超形变态巨共振,连续谱中混沌相变,超形变到正常形变的跃迁,新的超形变核区(A一60一80),巨超形变(长短轴之比为3:1)以及超形变带中出现的“全同带”现象,“AI二4分岔”现象,动力学转动惯量出现的“返转”现象和磁转动等。在奇异形变方面,包括三轴超形变带,扁椭集体转动带,八极形变等。热门问题主要是涉及原子核处于极度形变和极高转速状态下的新物理现象,超形变全同带的物理根源和可能存在的某种相关的新对称等等。在奇异同位旋方面,当前的研究问题主要有:远离稳定线核区的新壳结构和壳消失,N二z原子核,n一p对关联,晕核,皮核,新集体激发模式,质子发射和奇异同位旋条件下核理论的新问题等。