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当下低能核结构领域不可思议的困境(1)新物理

已有 737 次阅读 2021-6-2 21:26 |个人分类:心智之旅|系统分类:科普集锦

       低能核结构领域因为两个诺贝尔奖而闻名,一是Mayer和Jensen提出的壳模型解释了幻数核的稳定性(同年的诺贝尔奖也授予了Wigner),二是A.Bohr, Mottelson, Rainwater提出了原子核形变的想法,并建立了几何模型解释了非常多价核子原子核的转动谱,典型的这类原子核位于两个幻数核的中间的位置。

       幻数核的概念来自于单核子在不同壳上的分布,而转动谱是所有原子核集体激发的表现。原子核是不同数量的质子和中子相互作用的体系,而且这种作用是非常强的。所以这种强作用的量子体系,可以用类似壳分布的单粒子平均场效应来理解是一件非常不可思议的事情。而它的转动谱进一步的归结为原子核的形状的激发模式更是不可思议的事情。虽然这两种想法已经在低能核结构领域出现70年多年了,现在看来依然是令人震惊的科学想象力的跨越。

        物理学很多的时候不能归结为一种逻辑的推演或者是一种数学的证明,这正是物理研究的魅力所在。客观世界的存在方式往往是魔幻的。从这种单粒子行为支配的幻数核到远离幻数核的集体激发模式的出现,后来的70年,低能核结构领域几乎一直在思考这个过程究竟是如何发生的。

       在一些人看来,这个领域的问题仅仅是计算的事情。如果计算机的能力足够强,那么低能核结构领域就什么问题都没有了。我觉得这个逻辑可以推演到所有其他的研究领域,如果计算能力足够强,什么科学问题就都解决了。很显然,这种看法是没有价值的。计算本身就是问题解决中必须要解决的过程。当然对于核结构来说,更强的说法是,基于壳模型,如果计算机对角化的能力足够强,所有的问题就都解决了。低能核结构不存在原理的问题,仅仅是计算的问题。

       这样的观点我也是不赞同的。当然反对这种观点不会有充足的理由,而仅仅是个人的信念。原子核这样复杂的多体量子体系,仅仅只剩下计算的事情,我认为是把问题简单化了,仅仅是根据当下的一些情况给出的片面的想法。实际的情况正相反,随着新的核谱数据的出现,低能原子核结构领域一定会出现新的物理。

       在今天,一个70多年的老掉牙的研究领域可能真的不太吸引人了。在这个领域做研究的,可能也的确不多了。但是我想说的是,它依然有着足够吸引人的地方,当然前提是你要足够的聪明

       一些变化正在从2000年后开始逐渐出现。新物理发轫于形状共存的研究。形状共存是核结构领域一个老的研究主题。从早期的几个原子核的特殊能谱,到今天已经成为了一种普遍的现象。在形状共存出现之前,持有的更老的观念是原子核的低能激发行为,是稳定壳外的价核子的集体模式。壳内的核子是不参与可观测的行为的。很快这种观念被实验数据所击破。在幻数附近的原子核的激发能谱上发现了转动核的能谱特征,给出了形状共存的想法,也成为了过去这么多年低能核结构研究的主题之一。

       所以研究幻数附近的原子核的能谱特征,比想象的复杂的多。开始的时候,我们的想法是可能只需要考虑幻数外的价核子,这样是比较容易的事情。但是现在我们还需要考虑幻数壳下的核子跨壳激发,这使得问题变得非常复杂。

        另一方面,低能核结构激发的实验能力也在快速发展,对于这类形状共存的现象,特别是典型的原子核的能谱和电磁跃迁可以给出非常详细的实验数据。从这些数据中,我们看到了完全不同于以往的新物理。人的骄傲,总会被现实击打的粉碎。       


       (欲知新物理如何,请看下回继续)



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2 王安良 姚远

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