这几年,我在相互作用玻色子模型的框架下提出了SU3-IBM理论,这个理论的提出不是一个很突然的事情,但是对于相互作用玻色子模型不熟悉的人可能会感觉非常意外。这个理论是在相互作用玻色子模型的SU(3)极限下考虑SU(3)对称性的高阶项进一步发展而来的。但是到了今天,它所带来的新观念却和以前所采用的想法开始产生严重的分歧。
理论上,2000年Isacker等人在相互作用玻色子模型的SU(3)极限下系统的引入SU(3)对称性的高阶项,描述刚性三轴转子,这个工作随后在2014年被辽宁师范大学的张宇教授等人做了系统的研究。这个工作也是SU(3)壳模型下刚性三轴转子的一个玻色子模型的扩展。随后,2011年Fortunato等人加入三体项,讨论了相图,发现SU(3)对称性的三体四极矩作用可以描述扁椭球,这个结论其实以前就已经知道了,但是在这里第一次显示了某种新的可能性。随后2012年,辽宁师范大学的张宇教授等人在SU(3)极限下讨论了长椭球到扁椭球的形状相变。
在这个讨论中,理论第一次展示出了某种不同以往的特征,就是长椭球和扁椭球的形状不对称性。SU3-IBM提出了以后,首先是解释了以前所有核结构理论都没有解释的B(E2)反常现象,显示了这个理论的独特性和某种正确性。随后,在该理论中发现了新的集体性行为,并且和球形核疑难联系在了一起。这个工作还在进一步的讨论中。因为这方面已经积攒了大量的实验数据。但是由于这两类现象依然处于争论之中,所以还无法让研究者认真对待,或者说对于一些研究者有些无法理解。所以去年年底,我开始讨论一些更加现实的问题,比如长椭球到扁椭球的形状相变。
原子核研究的一个核心问题就是形状及其形状相变,这是核结构中热点问题。原子核有各种形状。长椭球是原子核中非常容易确认的形状,因为转动谱非常明显。但是扁椭球在实际的原子核中不是容易分辨,因为它们出现的区域很奇怪。从理论上说,一直以来,研究者认为长椭球和扁椭球之间存在某种对称性。不管是长椭球还是扁椭球,在几何模型中处理的方式是一样的,就是参数不一样,但是在这两种形状上最后的结果没有太大区别,所以导致这两种形状的能谱是一样的(能谱是一样的)。这是这种对称性的来源。在相互作用玻色子模型中,这种对称性也一直被保持着。
我对这种对称性一直很好奇。因为和实验不符。在实验上,从幻数核开始,先是出现类似球形的原子核的激发模式,然后到了中壳核的时候,几乎都是长椭球,而很少是扁椭球,这是很奇怪的。(如果是对称性自发破缺,却几乎都破缺到一边了)如果相互作用有这种对称性,不应该出现这类事情。没有什么道理说原子核像人类一样,大部分都是用右手吃饭。
所以这两种形状的相互作用不应该是一样的,而且由于实际的扁椭球非常稀少,说明两者的相互作用非常不同。但是这一点,被很多研究者完全忽略了。
在张宇教授等人的研究中,它们考虑的是一个理想的情况,就只有SU(3)对称性。虽然显示了长椭球和扁椭球的形状不对称性,但是无法拟合实际的原子核演化,还仅仅是一个概念。实际上,在理论界,几乎没有人认真的考虑这个事情,虽然长椭球和扁椭球存在的不对称性一直被人关注,但是很少有人认为这意味着两种形状的相互作用是不对称的。
我们用SU3-IBM做了详细的计算,加入了对力作用,这样才更符合实际的情况。实际上就是在他们的工作上加入了d玻色子数项,但是计算结果却让人大吃一惊。理论预言了许多奇怪的演化模式,但是在实际原子核的演化行为中的确很好的看到了这些演化模式。(这是一种奇迹,因为在具体计算之前,这些都是不可预测的)这些在以前的理论中是看不到的。也就是说,实际的原子核的长椭球和扁椭球之间的确存在形状不对称性,而关键的是SU3-IBM的确也描述了这类不对称性。SU(3)对称性支配者形状演化。我们的工作确认了长椭球和扁椭球的形状不对称性是一个真实存在的物理概念。
我认为这篇文章对于新理论具有决定性的支持作用,任何人忽略了理论和实验之间的这种不可思议的一致性,都是有偏见的。后续中我们会加入更多的高阶作用,期待更好的定量拟合结果。
当理论是正确的时候,它就会自然的告诉你各种实际的结果,在这里,我看到了这一点。讨论这个问题之前,实验数据其实很难告诉我们有什么奇特的东西,或者我们无法意识到这些数据意味着什么。当理论的结果出现以后,我们才知道这些实验数据意味着什么。这是新理论的正确性的体现。
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