投影壳模型在核结构与核天体物理中的发展与应用

发布时间：2021-06-29 05:18

　　原子核为我们研究微观的量子多体问题和宏观的宇宙演化提供了一个天然的实验室。近年来,随着新一代γ-探测装置与放射性核束装置的快速发展,对极端条件下（如同位旋极限、角动量极限等）原子核的结构及反应性质的研究已经成为当今核结构与核天体物理的前沿课题。角动量投影理论是研究上述原子核性质的几个重要的微观方法之一。其中,投影壳模型经过二十多年的发展与应用,已经在描述原子核准粒子激发（如高K同核异能态等）和集体激发（如高自旋态与低激发的β-振动态等）的很多问题上取得了很大的成功。投影壳模型从Nilsson+BCS准粒子基出发,通过投影技术来恢复形变平均场所破坏的对称性,以及对角化系统的哈密顿量来进行组态混合,最终得到原子核的能谱、波函数和电磁跃迁等信息。本文通过两个方面发展了投影壳模型理论,并分别将其应用于核结构物理和核天体物理的相关研究中。一方面,通过应用Pfaffian算法来高效地计算各准粒子组态之间的转动矩阵元,我们首次将投影壳模型的组态空间（偶偶核）扩大到包含高达十准粒子态（正宇称与负宇称）。这极大地丰富了我们所能讨论的物理问题,比如原子核在极高自旋（≈50）处的结构演化、loss of c... 

【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：120 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

核素图，取自维基百科

将Slater 行列式进行角动量耦合（如母分系数、J-scheme、M-scheme、角动量投影等方法等），得到角动量的本征态。这对应于一种组态（A-个核子在单粒子能级下的一种填充方式，不同组态对应不同的激发模式，如图1.2所示）。图 1.2 壳模型组态空间示意图。（3）在由这些组态所组成的基矢下对角化总的哈密顿量 H（组态混合），得到原子核体系的能谱和波函数。由于较重核的组态发散问题，一般无法考虑整个组态空间（完备基）而是选择一个有效的组态空间（价核子空间）和相应的有效哈密顿量。壳模型的优点在于能够同时描述原子核的单粒子运动和集体运动。其缺点主要是无法描述重的形变核，一方面是因为其组态空间随着原子核质量数的增加而快速发散，另一方面是因为人们很难定义超大组态空间下原子核的有效哈密顿量。— 4 —

形变原子核最容易的激发模式是转动激发 [33]。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 [34–37]。图1.3 给出了原子核的角动量世界，取自Gammasphere Booklet。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） [38]。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 [39]。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— 6 —


本文编号：3255812