SU3-IBM分享 http://blog.sciencenet.cn/u/qiaoqiao1980 努力揭开更多原子核的秘密

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原子核中的色禁闭

已有 202 次阅读 2024-7-5 18:35 |个人分类:我思故我在|系统分类:观点评述

   量子色动力学是强相互作用的基本理论,你可以很容易的把它的哈密顿量写出来(基于SU(3)的非阿贝尔规范理论),但是除了在高能可以通过微扰论求解,剩下的就都是不太可信的结果。量子色动力学的三个基本特征是(1)高能时的渐进自由现象,(2)低能时的色禁闭现象,(3)低能时的手征对称性自发破缺。这些方面都有很多研究,但是色禁闭是最难理解的。低能有效理论是根据手征对称性自发破缺给出的。

   色是一种类似电荷的属性,而且有三种(电荷只有一种),叫做红、黄、蓝(这个名字看起来很俗气,但是非常恰当)。一个自由的核子,颜色自由度会完全封印在核子内,从外边测量不到任何的色。这是一个很神秘的事情。就好像一个黑洞,不能有任何的光从黑洞里边出来。虽然有霍金辐射,但是是来自于黑洞的表面的(视界)。这两个现象究竟有没有关系,还无法知道。如果有霍金辐射,可能也是辐射到里边的。

   一个强相互作用的系统,不能在外边看到色。但是在原子核里边,由于核子的外边不是自然的真空,而是量子色动力学的真空,是介子凝聚的奇特环境(可能非常复杂)。所以此时的的核子就不是完全禁闭色的。核子会有短暂的色涨落,总体上还是色中性的,但是涨落很大。

    正是这样的色涨落,才导致了核子核子之间的相互作用,形成了原子核。核子会在红黄蓝三种颜色之间反复变色(是有规律的变,还是无规随机的,都不清楚)。所以原子核的很多性质,本质上都是色禁闭的结果。

    原子核的形成,自然也是色禁闭的结果。从原子核的外边,是看不到任何的色的。所以,这里边重要的事情就是,到了原子核的时候,这个色禁闭从以前的自由的核子的范围,扩展到了原子核的尺度。

    关于核子核子的相互作用,主要的观点就是核子通过介子相互作用。后来的有效场理论的关键,是把手征对称性自发破缺考虑了进来。这里边的问题,很清楚,就是没有怎么考虑色禁闭。我不知道原因是什么,因为我一直研究的是核结构的代数方法,和这些不沾边。

    我不知道是什么原因,当考虑原子核的时候,就把色和SU(3)对称性抛弃了。原子核中的核子由于色涨落,导致量子色动力学的真空里边的介子极化,导致核子核子之间的长程相互作用。所以色禁闭和色涨落是一对变量,一个在核子里边,一个在核子外边。高能电子的深度非弹性碰撞,发现原子核里边的核子的夸克胶子和自由的核子不一样,这说明了有一部分色跑出了核子,没有完全封印住。

    这种长程的核子核子相互作用,导致了平均场,和剩余的多体作用,主要的两体,然后是三体等。这样的图景是原子核中一直采用的图景。在这些研究中,似乎核子和介子都是色中性的,没有提到色,也没有提到SU(3)对称性。(后边会进一步学习有效场,就知道有没有这些了)

    我最近在核结构的代数方法领域提出了SU3-IBM理论,发现了让人震惊的事情,就是这个理论给出的哈密顿量,比以前的相互作用玻色子模型,更加准确的描述的原子核的集体激发的低能谱。这让我震惊,因为似乎没有任何理由告诉我会发生这个事情。这个结论也和以前的核结构的基本观念冲突。(这个事情的发生,是一个奇特的故事,主要是运气好,也是坚持勇敢的结果)

    第一是出现了高阶作用,第二是具有SU(3)对称性。都和以前的经验不一样的。也许我看到的是假象,但是如果这样,以前的也不可能是真相。

    最近查文献,使我看到。核子核子之间还存在短距离的强关联。这就很有意思了。原来色涨落导致的结果,是两个尺度的。一个是小尺度的强关联,一个是大尺度的弱关联。如果从色禁闭的角度来说,这个物理图景就非常简单。

    原子核中大部分的色都被禁闭在了核子中。剩下的色,一是核子核子之间的强关联被占据了一部分,二是通过介子作用的弱关联,被占据了一部分。也就是说,当核子出现色的时候。一是吸引了另外的一个核子的短距离强作用,二是通过介子极化,被所有核子,以及剩余的第三个核子,共同封印在了原子核内。当然实际的过程会更加复杂。

    这导致了和第三个核子的弱的作用,出现了显著的量子干涉效应。具体的过程是不清楚的。如果搞明白了这个,就明白了原子核的幻数就是如何出现的。

    SU3-IBM清楚的揭示了这个过程的存在。一是高阶作用的存在,意味着两体作用没有处于支配性的作用。当前核结构领域的球形核疑难、三轴形状支配现象以及我的研究,都在指向这个结论,就是两体作用不能完全占据支配地位。(这是大尺度壳模型计算最不愿意看到的结果)这和以前的平均场的观点不一样。

    这样一来,就必须要有新的机制存在。不仅解释幻数的存在(以前只是从数学上解释,现在要从核子核子相互作用的角度解释),而且要解释这个两体作用为什么会消失。(以前是在幻数的位置突然消失,现在是逐渐消失)

    而发现的SU(3)对称性,似乎就只能与色禁闭的现象有关。看不到任何别的机制与这个SU(3)对称性有关。也就是说,SU3-IBM的出现,意味着核子的色涨落导致的两种封印机制之间出现了奇特的量子干涉现象。如果都与SU(3)对称性有关,那么这种量子干涉几乎就是必然存在的了。

     所以后边要做的,一是如何把SU(3)对称性融入到低能有效理论中,二是如何把SU(3)对称性融入到核子核子的短距离强关联中。这似乎都是可以的。然后,自然是两种机制之间导致了什么结果。(如果这些都证实了,那么主要的故事就结束了)

     SU3-IBM当然也要全面展开计算,这样我们才能知道在低能下的各种细节,才能印证这种两种剩余色禁闭机制的竞争。核子内的色禁闭,我们的确不清楚。但是原子核的色禁闭,也许是能完全搞清楚的。(也许里边的色禁闭,和外边的色禁闭,也存在强的关联)



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