原子核結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)動(dòng)原子核研究歷史(2)

1、原子核結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)動(dòng)原子核研究歷史(2)2原子核結(jié)構(gòu)研究的輝煌歲月進(jìn)入20世紀(jì)50年代，核物理研究進(jìn)入更加輝煌的階段?；贛ayer和Haxel等人12,13的工作，Nilsson巧妙地求解了變形諧振子勢和自旋軌道相互作用的Schrodinger方程，建立了至今仍然被廣泛應(yīng)用的Nilsson模型14.同樣與Mayer和Haxel等人12,13的工作相關(guān)，但是關(guān)注點(diǎn)完全不同的工作，就是贗自旋對稱性。關(guān)于贗自旋對稱性的詳細(xì)介紹，可以參見本專輯中李冬鵬等人17–19的文章。我個(gè)人想強(qiáng)調(diào)一下，中國學(xué)者在贗自旋對稱性領(lǐng)域做了很多工作，包括贗自旋對稱性的起源20,21,滿足贗自旋對稱性的可解析求解

2、模型22,反核子的自旋對稱性23,單粒子共振態(tài)贗自旋對稱性的嚴(yán)格證明24, Fock項(xiàng)對贗自旋對稱性的影響25,結(jié)合相似重整化群26以及超對稱27,28研究贗自旋對稱性等。這方面可以做的工作依然還是很多，可以參見綜述文章4.提到反核子譜的自旋對稱性23,這方面還有很多很重要的物理研究工作需要進(jìn)行。周善貴29在本專輯的文章中還要詳細(xì)介紹。平常我們大家都關(guān)注Dirac方程正能量解，負(fù)能量的解涉及反物質(zhì)，不太被關(guān)注。為什么我們會(huì)關(guān)注它呢？這是因?yàn)槲覀兦蠼饬薟oods-Saxon勢的Dirac方程，并且把它的解作為完全集去求解更復(fù)雜的Dirac方程30,就不得不關(guān)注它，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)了反核子譜的自旋對稱性2

3、3.中國的原子核結(jié)構(gòu)系統(tǒng)研究大約開始于20世紀(jì)50年代。隨著一批優(yōu)秀的科學(xué)家相繼從國外回來，在中國的幾所著名大學(xué)，分別建立了核科學(xué)系。由于眾所周知的原因，核科學(xué)通常被近代或者現(xiàn)代物理等名詞代替。五十年代，在成都，曾經(jīng)舉辦了一個(gè)原子核理論講習(xí)班。講習(xí)班的講師包括楊立銘和于敏等人。講習(xí)班的講義最后以原子核理論講義作為書名出版，作者用季節(jié)和舉辦地署名為夏蓉。這本書是一本高水平的原子核結(jié)構(gòu)理論專著。最近，北京大學(xué)出版社出版了這本書的重排版31.基于Mayer和Haxel等人12,13的成功， 20世紀(jì)50年代，許多著名科學(xué)家試圖從核子-核子相互作用出發(fā)，給出原子核的獨(dú)立粒子殼模型中所使用的單體勢場。

4、Bethe32和Brueckner等人33最先意識到從核子-核子散射得到的真實(shí)的核力不能直接用于原子核結(jié)構(gòu)計(jì)算。日本科學(xué)家Fujita和Miyazawa34基于靜態(tài) π-介子理論，計(jì)算了三個(gè)核子之間的三體力。近年來，許多研究表明，三體力是非相對論理論正確描述原子核飽和性質(zhì)的關(guān)鍵。鑒于真實(shí)的核力不能直接用于原子核結(jié)構(gòu)計(jì)算， Skyrme35提出了零程有效相互作用力，它包括兩體，三體和張量成分。Arima和Horie36在1954年，首次進(jìn)行了組態(tài)混合計(jì)算，為后來的原子核組態(tài)殼模型打下了基礎(chǔ)。Duerr在1956年證明，矢量和標(biāo)量介子場論可以給出核飽和性質(zhì)以及有限原子核的許多性質(zhì)，包括自旋軌

5、道勢和核子光學(xué)勢實(shí)部的能量依賴性等37. Bohr,Mottelson和Pines38,主要討論原子核激發(fā)譜與金屬超導(dǎo)態(tài)的相似性，并從奇偶質(zhì)量差、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的理論值和實(shí)驗(yàn)值的差別等現(xiàn)象，提出了原子核對關(guān)聯(lián)的超導(dǎo)性。作為原子核物理兩大支柱之一，描述集體轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)的原子核集體模型，也是在五十年代建立的。隨著加速器技術(shù)的提高，可以把原子核激發(fā)，根據(jù)激發(fā)原子核衰變放出的能量，可以建立相應(yīng)的衰變綱圖，導(dǎo)致原子核轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)研究。 Bohr和Mottelson建立了描述集體轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)的原子核集體模型39,并為此獲得諾貝爾獎(jiǎng)。3近半個(gè)世紀(jì)的轉(zhuǎn)動(dòng)原子核研究隨著越來越高角動(dòng)量態(tài)的發(fā)現(xiàn)， Bohr和Mottel-so

6、n39發(fā)現(xiàn)原子核轉(zhuǎn)動(dòng)譜與I（I + 1）規(guī)律的偏離，提出加上I（I +1）的高次項(xiàng)的轉(zhuǎn)動(dòng)譜公式。但是，如果按照最低兩個(gè)角動(dòng)量態(tài)能級定出I（I+1）的能譜公式的參數(shù)，大家會(huì)發(fā)現(xiàn)，在高角動(dòng)量態(tài)時(shí)， I（I + 1）的能譜公式是發(fā)散的。吳崇試和曾謹(jǐn)言從Bohr哈密頓量出發(fā)，通過一些假設(shè)，解析地推導(dǎo)出一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)譜公式，簡稱ab公式或者吳曾公式40.非常湊巧的是， Holmberg和Lipas41在1967年，通過假設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與轉(zhuǎn)動(dòng)能量成正比，唯象地導(dǎo)出ab公式。為此，建議以后可以把a(bǔ)b公式也稱為吳曾-Holmberg-Lipas公式。利用Mallmann提出的方法，對于給定角動(dòng)量態(tài)對應(yīng)的激發(fā)能與第一激發(fā)

7、能的關(guān)系，可以研究轉(zhuǎn)動(dòng)譜公式與大量原子核轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)的符合情況42.通過與大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較，文章43發(fā)現(xiàn)， ab公式或者吳曾- Holmberg- Lipas公式，是目前最好的轉(zhuǎn)動(dòng)譜唯象公式，因此被廣泛用于確定超形變轉(zhuǎn)動(dòng)帶的帶首自旋44.現(xiàn)在有很多工作，通過考察原子核的集體激發(fā)譜，研究原子核的形狀及其演化，文章43關(guān)于畫Mallmann圖的方法，提供了一個(gè)很好的參考?；貜潿F(xiàn)象。伴隨著重離子加速器的建造和運(yùn)行，原子核的高自旋態(tài)研究成為20世紀(jì)60年代，核物理的最前沿領(lǐng)域之一1瑞典科學(xué)家Johnson等人45,利用Stockholm回旋加速器，研究時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量隨轉(zhuǎn)動(dòng)頻率變化迅速增加。他們將這一現(xiàn)象解釋

8、為超流態(tài)到非超流態(tài)的相變。由于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量隨轉(zhuǎn)動(dòng)頻率變化呈S形狀，這一現(xiàn)象被廣泛地稱為回彎現(xiàn)象?；貜潿F(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)影響很大，很多人都力圖解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果，包括Mottelson和Valatin46的對關(guān)聯(lián)相變觀點(diǎn)，以及Stephens和Simon47的基態(tài)帶與兩準(zhǔn)粒子轉(zhuǎn)動(dòng)帶發(fā)生帶交叉的觀點(diǎn)?，F(xiàn)在，大家普遍接受的是Stephens等人47基于粒子-轉(zhuǎn)子模型提出的帶交叉的觀點(diǎn)。 Johnson也成了回彎之父。超形變轉(zhuǎn)動(dòng)帶。在Bohr和Mottelson39教科書中，通過研究形變諧振子，發(fā)現(xiàn)當(dāng)長短軸比是2:1或者3:1時(shí)，能譜上會(huì)出現(xiàn)較大的間距。 1976年，兩個(gè)小組在研究高角動(dòng)量態(tài)，發(fā)現(xiàn)殼結(jié)構(gòu)會(huì)使原子核在大形變的時(shí)候較為穩(wěn)定48,49. 1986年， Twin等人50在中，譜線組成的轉(zhuǎn)動(dòng)帶，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量接近剛體值，這是第一次觀測到原子核的超形變轉(zhuǎn)動(dòng)帶。為此， Twin獲得了歐洲物理學(xué)會(huì)頒發(fā)的Lise Meitner獎(jiǎng)。關(guān)于在超形變轉(zhuǎn)動(dòng)帶之外是否存在巨形變轉(zhuǎn)動(dòng)帶（Hyper Deformed Rotation Band），還有待實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)。超形變轉(zhuǎn)動(dòng)帶的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在核物理研究