项目名称： 原子核手征性和晕现象等前沿问题的理论研究

推荐单位： 教育部

项目简介： 该项目涉及原子核结构中手征对称性、晕现象、赝自旋对称性、高自旋态等前沿问题的理论研究。

自然界中稳定存在的原子核不到三百个，它们组成核素图上的beta稳定谷。对远离beta稳定线的数千个原子核的研究，是当今核物理重要的前沿领域。该项目基于相对论平均场理论，建立了相对论连续谱Hartree-Bogoliubov 理论，给出了实验上发现的第一个晕核Li-11的微观自洽描述，证明了连续谱对晕的贡献；系统再现了Na同位素与C-12的相互作用反应截面以及C、N、O和F同位素在C-12靶上的电荷改变反应截面；预言了滴线核中存在的新现象--巨晕。解释了实际核中的赝自旋对称性；发现了原子核反核子谱的自旋对称性。

手征对称性在自然界中普遍存在，该项目首次揭示了原子核存在手征对称性，并建议在质量数为130的核区寻找，理论预言的转动能谱特征于2001年被实验观察到，该项目组随后进行了手征转动态之间的电磁跃迁等性质的检验和预言，并得到实验证实。目前，原子核的手征性吸引了20多个国家的100多个研究小组进行该领域的研究。

在原子核转动谱的研究中，该项目提出了指定超形变态角动量的有效方案；提出了处理原子核超导性的粒子数守恒方法，阐明了实验上观测到的原子核转动惯量奇偶差的大幅度涨落现象（无需自由参数）；提出了原子核的新转动模式——磁转动并被实验证实。

该项目在包括《Physical Review Letters》在内的国内外学术期刊上发表SCI 收录论文179 篇，被正面引用2023次（他引995次）。10篇代表性论文累计引用330次，其中他人引用168次。在国际会议作邀请报告三十多次，访问报告一百多次，相关工作在很多国际会议上被同行引用和介绍，应邀为《Progress in Particle and Nuclear Physics》撰写的综述文章获"首届中国百篇最具影响优秀国际学术论文"。曾先后获得第二十一届伊朗Khwarizmi国际奖、中国物理学会吴有训奖、第五届中国科协期刊优秀学术论文奖、省部级一等奖和二等奖各一项。

主要发现点： 该项目的核心发现点包括以下几个方面：

1. 建立了相对论连续谱Hartree-Bogoliubov理论：基于相对论平均场模型，建立了相对论连续谱Hartree-Bogoliubov理论。解决了相对论情况下，自洽描述束缚态和连续谱以及它们之间耦合的理论难题，把核结构的相对论描述扩展到包括弱束缚、低密度的量子多体系统。首次给出了实验上发现的第一个晕核11Li的微观自洽解释，证明了连续谱对晕现象的贡献；系统再现了Na同位素与12C的相互作用反应截面以及C、N、O和F同位素在12C靶上的电荷改变反应截面；预言了滴线核中存在的新现象－巨晕。（学科分类：核结构；代表性论文1-3）

2. 解释了原子核中的赝自旋对称性和反核子谱的自旋对称性：提出原子核中赝自旋对称性严格成立的条件为标量势S(r)和矢量势V(r)满足d[V(r)+S(r)]/dr=0；考虑到原子核势场随中子数与质子数之比的变化规律，指出近中子滴线原子核由于势场弥散度很大，d[V(r)+S(r)]/dr=0近似成立，因此其赝自旋对称性可以更好地满足；精确求解了相对论谐振子模型，提出了一个严格满足赝自旋对称性条件的模型势，讨论了该模型中的单粒子能谱结构，赝自旋伙伴态波函数之间的关系，以及闯入态的赝自旋伙伴态问题；系统求解了原子核的负能量单粒子态，认真研究反核子态后发现原子核的反核子谱存在一种新的对称性－自旋对称性，并给出了其物理起源。（学科分类：核结构；代表性论文4-6）

3. 揭示了原子核的手征对称性：利用推转壳模型和粒子转子模型，揭示了原子核的手征对称性及其物理机制，即具有一定三轴形变的原子核中，价质子、价中子和核芯的角动量与总角动量的关系能够满足左手性和右手性；提出相应的实验信号为能量近简并的两条磁转动带，并建议在质量数为130的核区寻找；2001年，欧美科学家观测到预言的转动能谱特征，该项目组随即对转动能谱进行分析，进行电磁跃迁等性质的检验和预言，并得到实验证实；发展了绝热和非绝热的三轴相对论平均场模型、二维和三维推转的相对论平均场模型，对原子核的手征性和磁转动进行更微观自洽的研究，预言了在同一个原子核中可能存在多对手征双重带等新现象。目前，原子核手征性吸引了20多个国家的100多个研究小组进行研究。（学科分类：核结构；代表性论文7）

4. 提出了处理原子核超导现象的粒子数守恒方法，为克服传统的BCS 方法在研究原子核超导性时存在粒子数不守恒和不能自洽处理堵塞效应等缺陷，建立了粒子数守恒方法，提出了多粒子组态截断方案代替壳模型中传统的单粒子能级截断方案，无需自由参数，解释了实验上观测到的原子核转动惯量奇偶差的大幅度涨落及多准粒子转动带转动惯量的非相加性；提出了指定超变形核转动谱角动量的有效方案；提出了原子核的新转动模式－磁转动并被实验证实。（学科分类：核结构；代表性论文8-10 ）

主要完成人： 孟杰

建立了相对论连续谱 Hartree-Bogoliubov 理论；给出了实验上发现的第一个晕核Li-11 的自洽描述；提出了出现晕现象的条件；预言了在近滴线核中存在巨晕现象；解释了实际核中的赝自旋对称性；发现了原子核反核子谱中的自旋对称性；研究了有限核中的纯中子物质与经典禁区内粒子的问题；建立了非平面的转动模型，预言了原子核中的手征性，并于2001 年被实验证实；提出了原子核的新转动模式--磁转动。对主要发现点1-4 有主要贡献。本人在该项研究中的工作量占本人工作量的70%。

曾谨言

提出了处理原子核对关联的粒子数守恒方法和多粒子组态截断方案，克服了传统的BCS 方法中粒子数不守恒和不能自洽处理阻塞效应的缺点，按此方法计算（无自由参数）成功地说明了实验观测到的转动惯量奇偶差的大幅度涨落以及转动惯量非相加性。基于转动谱的规律，提出了指定超变形转动谱的自旋的有效方案，所指定的超变形转动谱的自旋，部分已经被后来的实验证实。提出改进的电荷半径的Z三分之一次方律，研究了赝自旋对称性和巨晕现象。对主要发现点1、2、4 有主要贡献。本人在该项研究中的工作量占本人工作量的70%。

周善贵

发现了原子核反核子谱中的自旋对称性；研究了轻核中的巨晕现象以及C、N、O、F 同位素在C-12 靶上的电荷改变截面；研究了赝自旋对称性、轻核中的巨晕现象；发展了Woods-Saxon 基相对论平均场模型，用以更好地描述远离稳定线原子核；利用原子核的振动转动耦合模型和对能隙参量随角动量增加而减小的模型，系统地研究了质量数为190核区的超形变转动带。对主要发现点1-3有主要贡献。本人在该项研究中的工作量占本人工作量的70%。

赵恩广

研究了高速转动原子核的混沌和有序现象、电磁跃迁性质、八极振动特性；基于转动谱的规律，提出了指定超变形转动谱的自旋的有效方案，所指定的超变形转动谱的自旋，部分已经被后来的实验证实；研究了反核子谱的自旋对称性、原子核的高自旋态、超形变核的转动谱、转动惯量、全同带以及角动量相差2 的staggering 现象等。对主要发现点2、4 有主要贡献。本人在该项研究中的工作量占本人工作量的70%。

张双全

发展两准粒子与三轴转子耦合的粒子转子模型，并对原子核的手征性进行系统研究。利用相对论连续谱Hartree-Bogoliubov 理论预言了轻核中的巨晕现象，提出了原子核电荷半径的同位旋相关的经验公式。对主要发现点1、3 有主要贡献。本人在该项研究中的工作量占本人工作量的70%。