扩展的投影壳模型的发展与应用

发布时间：2020-06-15 05:16

【摘要】：近年来,随着放射性核束装置和-探测装置的发展,对极端环境中(如角动量极限等)原子核的反应性质和结构的探索已成为现今核天体物理和核结构的前沿课题。原子核的激发模式主要有两种形式:集体激发和单粒子激发。对于形变的原子核,单粒子激发的表现形式是准粒子激发,其中存在着一种寿命较长K值较大的准粒子激发态,称为高K同核异能态。这种高K同核异能态可被用于能源和武器方面的研究,因而成为核物理学中的热门课题之一。投影壳模型从形变的Nilsson+BCS单粒子基矢出发,通过角动量投影来修复被形变平均场打破的转动对称性。然后在投影基矢中对角化原子核体系的哈密顿量,并进行组态混合。最后可得到原子核的波函数、能谱和电磁跃迁几率等信息。最近,我们进一步发展和改进了投影壳模型方法,并应用于原子核结构的研究中。我们通过运用一种叫作pfaffian的算法提高了转动矩阵元的计算效率,并将组态空间扩展到十准粒子态。这大范围地拓展了我们能够研究的物理现象,如原子核在高自旋态的集体性减弱现象以及高自旋态的结构演化规律等。研究结果显示,高阶准粒子态在其中扮演着十分重要的角色。我们用扩展的投影壳模型研究了质量区域为=70-80的缺中子Kr同位素的微观结构。我们尤其对这些核的高自旋态结构进行了着重分析。随着原子核体系转速增加,固定长椭形状的壳模型基矢在高自旋态是一个有效的近似。从一些我们计算的结果与实验观测数据的符合可以印证这一点。随着自旋的增大,晕带和晕带附近的边带的结构演化被两准粒子、四准粒子、六准粒子和八准粒子组态连续的带交叉描述。理论分析显示,包含六准粒子和八准粒子组态的基矢对高自旋态的结构细节的描述是必需的。另外,我们还计算了电四极跃迁几率并与实验值进行了对比。理论计算的(2)与实验值定性上符合。我们还系统性地分析了偶偶的~(174-186)W同位素高自旋态和高同核异能态的微观结构。利用多准粒子激发分析了晕带高自旋能级的结构。除了晕带,我们还研究了同核异能态和基于这个同核异能态之上的转动带,并预言了这些同核异能态的占据主要权重的多准粒子结构。我们对同核异能态的电磁属性(如(2),(1),2)因子)也进行了研究,并与实验数据进行了对比。目前,大部分同核异能态的属性仍然没有实验数据。我们的结果只是预言。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O571
【图文】：

核素图

人们发现的自然产生的稳定原子核大概有300种，其余的都属于不稳定原子核素。实验室里人工合成的不稳定原子核约3000种，理论预言能够合成的原子核约8000种。如核素图1.1所示，稳定核素分布于一条狭长的黑色区域。沿着这片黑色区域的中心画出的一条线（大致为全图的对角线）称为稳定线。人工合成的不稳定核素分布于图中的黄色区域。理论预言能够合成的核素分布在图中的绿色区域。图 1.1 核素图— 1 —

示意图,角动量,世界,示意图

形变原子核最容易的激发模式是转动激发 [9,10]。转动时其内禀自由度和集体自由度之间相互影响的过程导致了很多新奇的实验现象，这为我们研究强相互作用性质和量子多体系统提供了丰富的素材 [11 14]。图1.2 给出了原子核的角动量世界示意图。其横轴表示原子核的总角动量（总自旋）而纵轴为相应自旋的激发能。每个自旋值所对应的最低激发能的态称为晕态（yrast state），这些态所连成的带称为晕带（yrast band）。不同的内禀结构上可以建立不同的转动带，其中建立在基态上的转动带称为基带（ground-state band），而其他的转动带则称为激发带（或边带）。每条转动带中最低自旋的态称为带头（bandhead）[15]。以偶偶核为例，在低自旋时，晕带的主要成分是基带，其转动惯量的实验值要比相应的刚体值小很多，这可以通过基态时核子之间的配对效应（对关联）所导致的原子核超流性来成功解释 [16]。随着自旋的增加，快速转动所对应的科里奥利力也越来越大，由于相互配对的一对核子所受到的科里奥利力相反

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