王涛
类球核:从猜想到证实(7)形变
2025-8-31 13:36
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         当发现原子核后,直觉上就会想象原子核一定是球形的。后来伽莫夫把原子核类比为一个液滴,这种球形的概念就更加清晰了。关键的进步是迈耶夫人和简森,用球形的平均场理论解释了幻数。这给球形的形状奠定了理论基础。

     在发现中子后,一些研究者就猜测原子核是可以发生形变的,一些电四极矩的实验也揭示了这种可能性。所以原子核的形状,可能是球形的,也可能是有形变的,这样的观念在很早就有了。随着确认幻数核是球形的,一些人就开始猜想远离幻数的原子核有可能发生形变。这样的想法被雷恩沃特和惠勒在1950年想到,但是惠勒没有及时发表他的工作,错失了诺贝尔奖。

    这个想法现在看起来很简单,就是价核子通过相互作用,导致球形的自发对称破缺,从而出现了形变。但是在那个年代这类想法还不是很普遍。这里的问题很有意思,就是为什么没有发生更大范围的形状对称破缺?核子之间通过强的作用结合在一起,为什么会出现平均场,单粒子行为居于主要位置,而不是发生集体行为,出现形变?

    当下的核力观念,似乎与这个基本的事实是冲突的。

    在这个点上,有了大量的研究,但是似乎都不自洽。

    百分之80以上的平均场,是一个很不可思议的结果。如果原子核中的核子就是色单性的,那么核子之间就是通过剩余的核力(各种介子)来相互作用的。(这是当前核力的基础假设)但是如此大的平均场,是直觉上很难存在的。

    当然,事实的确如此。幻数的存在,让当时的核物理学家都很吃惊。核子之间的临近强作用,的确导致了中心场的作用。而中心场,就一定会出现能壳,就和原子中的情况一样。虽然做了液滴的类比,但是这个液滴,对于核子数却非常敏感。随着核子数的不同,出现了不同的形状。

   如果幻数核是球形的,那么远离幻数核的时候,原子核就会发生形变。从1950年开始,这样的观念成了正统。如何描述这种形变,阿格·玻尔和莫特尔逊提出了几何模型,做出了很好的描述。在这里,主要是强调了长椭球形。他们的研究在1975年和雷恩沃特一起获得了诺贝尔物理学奖。

   在这里,球形的集体激发也被进一步确认。

   幻数核是球形的,但是是单粒子激发。当远离幻数核的时候,才会发生形变。所以价核子数不太多的时候,还没有发生形状对称自发破缺的时候,原子核就是球形的,会出现表面振动激发的声子谱。

   长椭球的激发谱,很快就被实验证实了一部分。而球形的声子谱在实验上看其来也的确如此(最低的部分)。所以原子核形状演化的观念,就很快被确定了下来。

   在2010年近代物理评论上发表的《原子核的形状量子相变》的综述中,采用的就是这样的观点。如果球形核不存在,这是根本就在胡扯。

   所以核结构从1950年开始,关于形状演变,就已经形成了固定的看法,一直持续了60年。这里的问题是,当时的实验数据其实不多,而没有完整的验证这些想法。但是我们就已经完全相信,这些想法就一定是正确的。

   到今天,科学正在凋零,科学研究者对于开辟新领域越来越不敢兴趣了。因为我们已经有了许多可以研究的话题和领域,虽然不够新,但是也能做大量的文章。许多领域并不是没有问题,也不是没有新的研究方向值得思考。但是现有的评价体系,已经不再鼓励更新的探究。这一点在所有的研究领域中,都已经成为了潜规则。

   但是像核结构这样的,对于新出现的实验不考虑,对于大量的新出现的核结构实验数据不考虑,对于理论并没有完全被实验所证实而就认为就是对的,这也是难以理解的。而在教科书中,从来没有考虑这些问题,好像这一切都已经是完全正确的。

  

   

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