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核结构中的SU(3)对称性:(3)贯穿核结构的SU(3)对称性

已有 1037 次阅读 2023-10-28 13:16 |个人分类:我思故我在|系统分类:观点评述

    在核结构的研究中,有两个极端的情况。一个是幻数核,就是质子数或中子数是幻数的原子核,一般认为是球形的。这类原子核中的核子只存在单粒子行为。平均场可以通过三维简谐振子势(SU(3)对称性)加上强自旋轨道耦合作用给出。(这种极端情况最近开始被质疑,即使是幻数核也有弱的形变)另一个是距离幻数最远的核,就是处于两个临近幻数中间位置的核,我们发现这类核几乎都具有非常好的转动谱,形状是长椭球。在Draayyer等人提出的赝SU(3)壳模型和Arima和Iachello提出的相互作用玻色子模型中,这类长椭球的转动谱都可以用SU(3)对称性来描述,而且有的时候描述的精度非常好。这意味着两个可能,一个是到形变核的时候,不知道什么原因突然出现了SU(3)对称性,这里SU(3)对称性和长椭球形有特殊的关系。一个是到形变核的时候,能壳的SU(3)对称性占据了支配的作用。

    这是一个非常重要的事情。赝SU(3)对称性和后来的近似SU(3)对称性的发现,以及实验上的转动谱可能被SU(3)对称性很好的描述,都说明了一件事情,就是整个原子核区域,SU(3)对称性都是存在的。因为如果两个极端的情况下,SU(3)对称性都是必须的,那么中间的情况也是需要的。我最近几年的工作,说的就是这个事情。

    导致过去的理解出现混淆的,其实是核结构研究者自以为是的推论,而不是实验的证据。但是当一种想法持续很多年的时候,就会成为每个人信奉的真理。如果幻数核是球形的,那么稍微偏离幻数的时候,价核子的作用就会导致球形核的振动激发模式。在这里有三个关键点。一个是对于高的能壳,SU(3)对称性已经被破坏。一个是球形核的激发模式在能谱上似乎是可以被确定的。一个是对力会破坏SU(3)对称性。

    所以从几个方面看,幻数附近的原子核和SU(3)对称性无关。只有大形变的原子核,实验上以不可争辩的事实,揭示了SU(3)对称性支配这种集体行为。

    这里边有一个非常关键的问题,就是大形变核的SU(3)对称性和这个能壳的SU(3)对称性有什么关系?即使这个能壳的SU(3)对称性已经被破坏。这是一个核心的问题,我认为很多研究者没有认真的思考这个问题。如果大形变核的SU(3)对称性和以前的观念一样,是呈现出来的,那么它和能壳的SU(3)对称性就没有关系。而这个突然呈现的SU(3)对称性就会非常诡异。

    因为出现了两个SU(3)对称性,后者和前者居然没有关系。在1958年,Elliott证明了一件事情,这是非常重要的。他针对sd能壳提出了SU(3)壳模型。这个模型在下一节会进一步介绍。sd能壳具有SU(3)对称性,他再此基础上建构了多核子的SU(3)对称性的波函数,然后引入具有SU(3)对称性的四极四极相互作用,然后就解释了轻核的转动谱。这里说明了一个很重要的事情,就是形变核的SU(3)对称性和能壳的SU(3)对称性其实是一个。如果能壳没有SU(3)对称性,就不可能出现大形变核。Elliott在核结构中的重要作用就在于此,但是很多人没有意识到这一点。可能因为这个模型看起来太简单了。

    这是因为这样,对于更高能壳的原子核,出现了大形变核,就是一件很奇怪的事情。而大形变核反而出现了,出现了明显的转动谱,本身就意味着能壳虽然表面看来SU(3)对称性被破坏了,但是实际上是依然存在的。赝SU(3)对称性的出现,就是这个观念的直接产物。

    我在SU3-IBM中的工作,揭示了长椭球到扁椭球的形状相变都是由SU(3)对称性来支配的。这让我非常奇怪,这意味着整个能壳下的多粒子系统都具有非常显著的SU(3)对称性。也就是说整个能壳具有显著的SU(3)对称性。因为这个我才关注壳模型,发现Bonatsos等人在2017年已经提出了整个能壳具有近似SU(3)对称性。我的发现是不能用赝SU(3)对称性理解的,因为这个对称性不够强。如果他们没有发现这个,我也一定会发现它。而且从我的结果来看,近似SU(3)对称性似乎也不够强,这是一个非常重要的问题。但是我的研究中有他们没有的东西,这导致他们关于长椭到扁椭的研究中,出现了一些问题。

    所以在核结构中一直存在两个不同的思路,一个是到了大形变的时候才出现SU(3)对称性,一个是从幻数核到大形变核一直都存在SU(3)对称性,在不同的区域会有不同的形变,SU(3)对称性不仅支配长椭球,也只配扁椭球、刚性三轴,甚至球形,但是这想法却很隐晦。当加入对力以后,就会出现γ软性。这是一个更加合理的,当然也是更加真实的理解原子核演化的观点。可能不会有人想到,65年前Elliott当年提出的简单模型,看起来简单的SU(3)对称性,会一步步的成长起来,有望解释所有原子核的所有能态的所有性质。

   



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