王涛
为什么原子核中的费米子对可以看成非常好的玻色子?
2025-8-13 09:24
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    在我和合作者去年写的一篇文章中(还没有投出去),验证了相互作用玻色子模型的一个基本假设:原子核的低能系统可以看成是相互作用的玻色子系统,这个玻色子是费米子对映射而来,玻色子数是费米子对数。这篇文章对最后一句给出了直接验证,也间接的验证了前两者。

    在我过去几年的理论模拟研究中,其实已经直接否定了以前的核结构的许多基本的想法。但是要让整个核结构研究群体意识到这一点,可能还需要漫长的时间。

    这里的关键是,实验数据依然不够。已经有的实验数据其实已经支撑新的理论,但是由于老的理论解释了大量老的实验数据不够的实验结果,导致认知的转变是非常困难的。

    50年前,Arima和Iachello提出了相互作用玻色子模型,提出了前边的三句基本假设,这是一个真正大胆的假设。而理论的确很好的解释了实验结果(那个时候实验结果还不够多,现在的实验结果显示了系统性的偏差)。这是很不可思议的。

   在这三个基本假设的基础上,就可以给出U(6)对称性,以及一般数学结果。在代数约化中,有一个SU(3)对称性的子群。

   在过去几年,我意识到了一个非常重要的事情,就是支配这个玻色子系统的,不但有U(6)对称性,还有SU(3)对称性,而后者更重要。

   这个SU(3)对称性不是子群,而是一个支配集体性的对称性。这是我的最重要的伟大发现。但是很多人意识不到这一点,只是认为这是一个子群。在我的理论中,这个SU(3)对称性,和Elliott的SU(3)对称性是等价的。所以这里的SU(3)对称性也是质子中子系统的对称性。

   很多搞核结构的不太懂核结构理论中的对称性部分,所以无法区分这里边的关键部分。

   而重要的就是,加入了SU(3)对称性的限定后,给出的SU3-IBM新理论更好的解释了核结构的低能性质,这是一个让人震惊的发现。这就带出来的一个问题,这个SU(3)对称性从哪里来?

   我猜测的结果,它来自量子色动力学,也就是色禁闭。色禁闭至今也不是能够理解的事情,但是它的存在是确定的。原子核中的质子和中子,很难看成是色中性的,这一点已经在高能实验中看到。但是是否会影响低能性质,是一个极其重要的但是被研究者忽略的问题。虽然最近已经有一些大牛提出了这个问题,但是没有在核结构领域引起思考。

   如果质子和中子不是色中性的,那么就会出现原子核中的色禁闭问题,这个问题极其复杂。也就是说,质子中子的核子配对的问题,比想象的要复杂的多。

   考虑到SU3-IBM几乎以一种非常精确地方式描述了原子核的性质,这说明了色禁闭对于核子配对,几乎产生了决定性的支配作用。这说明了,这些核子对可能是色中性的,或者说核子对间的色作用比质子和中子之间的色作用小了非常多。

   如果仅是考虑费米子配对,几乎无法理解核子对为什么这么像玻色子。只有一种非常强的作用,这几乎才是可能的。当然,给出具体的数学描述,还需要漫长的时间。

   

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