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新研究没有否定相互作用玻色子模型,但是否定了O(6)对称性

已有 1013 次阅读 2023-7-22 21:45 |个人分类:心智之旅|系统分类:观点评述

    1975年,Arima和Iachello提出了相互作用玻色子模型,把复杂的原子核简化为相互作用的角动量为0的s玻色子和角动量为2的d玻色子的体系。在这里,他们认为原子核的集体激发谱,是U(6)群的表示。这是一个深刻的简洁,并且获得了巨大的成功。   

        在这个模型中,他们认为原子核的集体态具有U(6)动力学对称性。很显然,原子核具有O(3)对称性,角动量守恒。当这些核子呈现集体运动模式的时候,也自然是存在一种更高的对称性的,这种对称性是一种动力学对称性。动力学对称性在物理学中有广泛的应用。Arima和Iachello的工作的重要价值就是指出了这种动力学对称性究竟是什么,答案看起来还很简单,U(6)。

    对于原子核产生新洞见是非常困难的,因为这个系统非常的复杂。但是在有的时候,我们依然会看到复杂后面的深刻的简单性。这是研究原子核最奇妙的地方。比如解释幻数的观点,在三维谐振子势的基础上引入强的自旋-轨道耦合作用,就一下子说明了最重要的问题。这个计算非常简单,但是极其关键。我们都知道,这个工作最后拿下了诺贝尔物理学奖。

    Arima和Iachello的U(6)对称性也是如此。一下子使得我们对原子核的理解向前迈了一大步。好的工作就是如此,因为它把握到了根本的地方。

    动力学对称性之所以重要,在于它有可精确计算的动力学极限。在1975年的文章中,他们就指出来U(6)对称性有两条对称性极限,一条是U(5)极限,给出球形谱,一条是SU(3)极限,给出长椭球的转动谱。

    在1978年,他们给出了一个重要的新发现,还存在一个动力学极限,就是O(6)极限,可以描述γ软的谱。这使得相互作用玻色子模型,极其具有解释力。因为这个模型看起来可以描述多种集体运动模式。

   

    O(6)对称性的发现,是一个被认为是相互作用非常成功的标志。因为前两种模式,在以前的认知中就已经知道了。转动谱的发现和理论描述,是核结构中非常重要的事情。长椭球的发现和描述,后来也是被授予了诺贝尔物理学奖。一个理论的重要性就在于要求不同于以往的新发现。O(6)对称性的发现就是相互作用玻色子模型新发现的标志。

    把SU(3)对称性和长椭球的转动谱联系在一起,是Elliott在1958年做出的重大发现。这种联系在相互作用玻色子模型的SU(3)极限下获得了进一步的确认。在这个方面,后面进一步提出了赝SU(3)对称性、近似SU(3)对称性,都在进一步揭示两者之间的关系。

    这些观念在一起共同支配了相互作用玻色子模型的后来的各种发展,并且和其他核结构模型,形成了一种观念上的一致性。

    如果没有新实验的发现,这种观念自然会一直继续下去。实验上的反常,是理论进步的关键。过去二十年,核结构领域的新实验和老的观念出现了冲突,这孕育了新的理解。在这些实验中,引起我关注的,是反复出现的球形核疑难和B(E2)反常现象。

    我尝试在相互作用玻色子模型中引入SU(3)高阶作用,结果取得之前无法预料的成功。在以往的认知中,高阶项不是太重要。但是我的发现却不是如此。SU(3)对称性不仅描述长椭球。在以往的工作中,SU(3)对称性也可以描述刚性三轴转动谱。在2011年的一篇文章,有一个在以前不是很关注的作用量,就是SU(3)的三阶作用,被发现可以描述扁椭球。

    随后,我给做出了一个难以想象的结论。当引入d玻色子作用项后,出现了γ软性。这种和O(5)对称性相关的模式,隐藏在了SU(3)对称性中。SU(3)三体作用实际上就是现实中描述扁椭球的正确描述方式。

   

        这就是我们最近工作的结论。SU(3)对称性,不仅描述长椭球,实际上也描述所有的四极矩形变,包括扁椭球、刚性三轴转动。当这种对称性被对力破坏后,就可以出现γ软性!O(6)对称性是不需要的!

     另一方面,我们也发现,O(6)对称性本身是不自洽的。

    

       所以我们的研究不是否定了相互作用玻色子模型,而是否定了O(6)对称性,同时对核结构的形变给出了极其简单的回答。原子核的形变可以说是原子核结构中最重要的问题。特别是球形核疑难出现以后,球形实际上是不存在的,或者是极其稀有的。这样,所有的原子核都存在一个形变的问题。在我们的研究中,指出了这些形变最重要的机制,就是SU(3)对称性。如果我们在实际的原子核中没有看到这种纯粹的对称性,是因为被对力作用破坏了。

    这样在原子核结构的领域中,出现了非常简单的看法,这是以前从来没有过的。SU(3)对称性支配形变,而对力会在一定程度上破坏这种对称性。这个观点不仅可以应用到相互作用玻色子模型中,而且可以应用到所有的核结构模型中。

    在小说《三体》中,整个三维世界被二维化了。在过去将近百年的核结构的研究历史中,出现了类似的现象,就是真实的三体作用,不知道为什么在如此漫长的时光中被两体化了。三体成了禁区,我的工作就是突破了这个禁区。在以前的研究中,三体也会被关注,但是从来没有像现在这样,居于问题的核心。  

     我相信我们的工作,特别是最近被接收的工作,是核结构领域的重大的进展,将会彻底改变所有研究者对核结构的看法。尽管这一点恐怕现在还很少有人意识到。当把这种观点应用到壳模型的代数方法中,也就是SU(3)壳模型,我相信会让所有研究者意识到新工作的重要价值。我相信,在两三年内,我们的工作将会引起所有研究者的关注。

   



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