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理解原子核,从夸克胶子到相互作用的玻色子

已有 3465 次阅读 2023-4-25 16:27 |个人分类:我思故我在|系统分类:观点评述

    发现原子核以后,对于这个占据整个世界重要位置的存在我们的理解就没有停止过,但是现在看来,我们的理解依然很肤浅。原子核由质子和中子构成,但是对于质子和中子的理解我们也依然不足。

    在高能情况下,质子的有效自由度是三个夸克,这已经被实验证实。当能量降低,问题就开始变得复杂,超出理解的能力。理解原子核,最微观的层次是夸克和胶子,但是这个图景非常复杂,三个有效自由度的夸克沉浸在夸克对和胶子之中,起到的作用不是很大。比如质子的质量,有效的三个夸克的质量占据的比例是很低的,大部分都是来自于胶子的。这个事情很有意思,当能量降低的时候,有效地耦合强度会达到无穷,但是质子的质量不是非常的大,我们对此的理解还远远不够。当能量更低的时候,有一些东西就超出预料了,而且看起来无法准确地理解。不是我们一点都不知道,而是我们知道一些,但是不是很准确。

    最近的实验指出,质子的最外层是一层标量胶子,里边是电荷,再里边是张量胶子,构成了大部分的质子质量,这个图景是很奇特的。当质子和中子聚在一起构成原子核时看起来是依靠最外层的标量胶子粘在一起的。而这种胶子结构是一种整体的效应,所以大量核子组合在一起的时候,质子和中子都会发生变化,但是基本的实体层面还是会保持的,因为色禁闭。这是理论上非常难以理解的,非常复杂。

    所以质子、中子、原子核都是一个层展的现象,构造一个精确的理论是非常困难的。两个临近的原子核甚至可能存在非常不同的层展现象,最近发现的B(E2)反常就是一个很好的例子。

    对于中重原子核,低能有效自由度是相互作用的玻色子,这是Arima和Iachello在1975年的深刻洞见。但是这些玻色子究竟是什么,我们还很难确定。最近,我们在相互作用玻色子模型的新工作,也在改变对于这些玻色子的看法,它们的存在变得更加的实在。

    低能的原子核是一个超导体,这些玻色子是超导体的自由度。在几何模型中,激发的自由度是几何变量,这只是一个有效的近似。在相互作用玻色子模型中,这些玻色子被看成是核子对。但是这些核子对是如何被构造出来的依然是一个谜。高温超导体中的费米对是如何产生的,我们也依然不清楚。当然,讨论这些问题的理论是不少的,但是没有给出让人信服的理由。

    最近的相互作用玻色子模型的新进展,给出了以前想象不到的细节,这是超出预料的。当然细节可以达到什么程度,还需要许多的讨论。但是这种细节的给出,揭示出玻色子的自由度是物理上非常有效的,不仅仅是一种数学上的建构。在壳模型和相互作用玻色子模型之间的间隙,也正在变得越来越巨大了。

    这意味着,从幻数核到形变核,发生了一些变化,是以前没有预料的,核的性质可能发生了实质性的变化。当然,最近的一些实验的数据开始揭示幻数核的一部分性质也可能是形变来支配的,这样一来就和以前的观念非常不同。

    从夸克、胶子到相互作用的玻色子,犹如一层层的洋葱,把这些都搞清楚可能未来的50年都不一定能做到,但是可以预见,一个巨大的认知上的跳跃正在开始。

     



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