原子核相对论密度泛函理论

随着世界范围内稀有同位素束流装置的发展,人们对原子核的认识从稳定核拓展至不稳定核.在不稳定原子核中涌现出许多新奇的物理现象,而研究这些现象是核物理领域的重要课题.过去几十年中,原子核相对论密度泛函理论取得了长足的发展,在描述和解释原子核各种性质方面取得了很大成功.本文介绍原子核物理中相对论密度泛函理论的基本概念,简要回顾相对论密度泛函的发展历史,阐述相对论密度泛函理论在描述原子核性质方面的优势和特点,主要讨论相对论密度泛函理论在原子核质量、手征进动以及裂变动力学方面的最新应用.最后,文章简要综述原子核相对论第一性原理计算的最新成果,这些成果为进一步构建微观普适的第一性原理相对论密度泛函奠定了基础.     

弱束缚原子核基态与集体激发态的研究

弱束缚原子核是一个开放的量子多体体系,具有与稳定核很不一样的奇特结构和动力学.弱束缚核的相关研究是核物理的一个前沿热点问题,对进一步发展核理论和研究天体环境下的元素合成都很重要.本文介绍了连续谱能量密度泛函理论的发展和弱束缚原子核的研究进展.为了解决自洽描述问题,主要工作是基于非球形的坐标空间求解HFB方程并对弱束缚核基态与集体激发态进行描述,基于计算讨论了蛋形晕结构,核芯-晕形变去耦合效应和准粒子连续谱的贡献;发展了包含连续谱的FAM-QRPA方法描述原子核的集体激发,研究了弱束缚核中出现的软单极共振模式.最后对弱束缚核的研究前景和亟待开展的工作进行了展望.     

超核物理

自第一个■超核发现后,原子核只是由中子和质子组成的传统观念被打破了.超核物理为原子核物理开辟了一个崭新的研究领域,它不仅加深了人类对原子核的认识,而且为研究基本相互作用提供了新手段.近年来,无论在实验上还是在理论上,都开展了大量工作,使超核物理成为中、高能核物理的一个重要分支.《超核物理》对此作了介绍.     

重离子核物理

所谓重离子就是指一切质量大于氦核的原子核的总称.重离子核物理乃是利用能量接近或超过靶核库仑位垒的炮弹轰击各种原子核,从而研究原子核的结构性质、衰变性质和原子核反应规律的一门学科.它是原子核物理的重要分支,而且是当代原子核物理的一个十分活跃的前沿阵地. 为了识别原子核,人们习惯于把各种原子核按其组成的中子数(N)、质子数(Z)标绘在核素图上(见图1).天然存在的稳定同位素,图中用黑方块表示,大致分布在一条很窄的斜线上,称为β稳定线.这些核素     

基于HIRFL-CSR的原子核质量测量实验进展

质量是原子核最基本的性质之一,核质量数据被广泛应用于核结构及核天体物理等多个研究领域.短寿命原子核质量的高精度测量是核物理研究的前沿课题.基于兰州重离子加速器装置HIRFL-CSR(cooler storage ring of heavy ion research facility in Lanzhou),我们建设了先进的等时性质谱术,精确测量了一批短寿命原子核的质量,研究了核结构及核天体物理中的前沿科学问题.本文介绍了国际研究现状,回顾了冷却储存实验环(experimental cooler storage ring, CSRe)质量测量发展过程,综述了近期取得的一些代表性成果,并对未来工作进行了展望.     

超子-核子相互作用理论研究的最新进展

超核物理是核物理的一个重要分支,其微观理论的基本出发点为超子-核子相互作用.研究超子-核子相互作用不仅有助于理解奇异性在粒子物理与核物理中的作用,还可以检验SU(3)味对称性及其破缺程度.文章首先回顾了超核物理的起源,随后简要列举了在核物理、粒子物理以及天体物理等领域中,与超核物理相关的几个前沿热点问题,并指出研究超子-核子相互作用的重要性.接下来着重介绍超子-核子相互作用的理论研究历史及发展现状.在现有的相关工作中,研究方法主要包括唯象模型、格点量子色动力学模拟和手征有效场论.其中手征有效场论作为低能区量子色动力学的有效理论,在研究介子、重子等微观系统中展现出了独特的优势.因此,文章特别介绍了基于手征有效场论的超子-核子相互作用的最新理论研究进展.     

清晰地看看原子核……

核物理学起始于原子核的发现。近80年以前,恩斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford)和他的同事在曼彻斯特大学发现,原子的所有质量几乎都集中在小小的中心核上。以后几年,实验显示了原子核含有带正电荷的质子,以及电中性的中子。有关质子和中子在原子核中如何排列的基本问题,至今还没有答案,也不存在能够描述所有种类原子核的唯一的理论。在过去的50年中,物理学家提出了描述原子核结     

封面说明

正原子核是物质结构的一个基本微观层次,核物理研究中的重大科学涉及核力以及核力管控核中核子的方式.定量地理解这些科学问题,需要构建不同特征的"核场所",沿着不同的"途径",采取不同的"方法"来探究原子核的特性.为此,现代核物理研究主要依托大型科学研究装置,采用先进的实验技术和方法来研究不稳定原子核的静态(核结构)和动态(核反应)性质.兰州重离子加速器研究装置HIRFL是我国规模最大、加速离子种类最多、能量最高的重离子研究装置,主要技术指标达到国际先进水平.     

利用不稳定原子核的衰变研究核物质对称能的性质

对称能可表征核物质中质子和中子的同位旋不对称效应,在核物理和天体物理方面都具有非常重要的作用,例如会对原子核的质量、奇特原子核的结构与性质、重离子核反应的物理机制、中子星的结构与成分和冷却过程等产生重要影响.目前人们对核物质对称能关于密度的依赖行为了解得还不够清楚,尤其是在高于饱和密度区域,对称能的性质还存在很大的不确定性.研究表明,除了二阶对称能,四阶对称能也会对中子星的冷却过程产生重要影响,也会影响到中子星壳的内侧边缘的具体位置等,进而影响到中子星的结构性质.利用Hugenholz-van Hove(HVH)基本定理,对称能的性质可以直接与核子单粒子势联系起来.不稳定原子核的衰变可以用于提取核子单粒子势的相关性质,也可以用于研究核物质对称能的密度依赖行为.     

2013年全国核反应会议暨核物理973计划年会在深圳召开

由中国核物理学会核反应专业委员会和深圳大学主办的2013年全国核反应会议暨核物理973计划年会于2013年5月11~15日在深圳大学召开.全国核反应会议每两年举行一次,此次会议与新一轮核物理973计划"原子核稳定性极限的新物理与新技术"的启动会议合并举办,约有200名学者和研究生参加,是近年来该系列会议参会人数最多的一次,特别是一大批青年学者参会并做精彩报告.     

《核物理探测器及其应用》

原子核物理学基本上是一门实验科学,它与实验技术紧密相关。原子核物理学的实验技术包括三个方面:加速器、反应堆和探测器,其中历史最长、使用最广的是探测器技术。任何一个实验窒,只要它与核物理研究有关,便无法离开原子核探测技术。仅就这一点来说,核探测技术在核物理研究中的重要性也就显而易见了。这里介绍的“核物理探测器及其应用”就是一本专门介绍这一方面基础知识的书。全书正文共分十六章,书后附有六个附录,共约40万字,是一本     

北京丰中子束流装置及其应用前景

放射性核束物理和核天体物理是国际核物理研究的前沿,关键科学问题包括:壳演化和新幻数、原子核的中子稳定极限(中子滴线)、超重新元素的合成、原子核的晕结构、新的衰变模式、宇宙中铁以上重元素的核合成机制等.为了解决这些关键科学问题,世界各国都投入大量人力物力建造可以用来产生放射性核束的大型实验装置.综述了国内外已有、在建和计划中的核物理不稳定核束装置情况,并介绍了新一代装置——北京丰中子束流装置(BISOL)的设想.BISOL装置计划采用反应堆和强流氘加速器双驱动源,综合在线同位素分离和炮弹碎裂两种成熟技术,可产生比国内外现有装置强度高1~2个量级的极端丰中子束流,同时通过建设强流氘加速器,提供国际最强的加速器中子源之一,以此为基础大力推进核能系统材料研究.     

天体Ⅰ型X射线暴中的核物理

X射线暴(X-ray burst)是指天体的X射线亮度突然增强10～50倍的天文现象.它是发生在由一颗中子星(或者黑洞)和一颗伴随的"捐赠者"伴星(通常为红巨星)所构成的密近双星系统里的剧烈核过程.作为宇宙中发生最频繁的热核爆炸事件, X射线暴已广泛为国际上众多基于卫星的X射线观测站所观测和研究,其中包括2017年中国发射的"慧眼"硬X射线调制望远镜.核物理学家需要提供精确的核物理输入量,例如原子核质量、衰变寿命、核反应率等,结合天体物理模型,进而深入理解X射线暴中天文观测到的光变曲线、双星系统相应的天体物理环境参数,以及爆炸灰烬中的核素丰度分布等重要科学问题.本文针对天体Ⅰ型X射线暴中关键核反应研究进行了系统的阐述,详细介绍了X射线暴中的一些主要核合成过程,以及所需的关键核物理输入量,总结了相关研究方向的具体目标,为研究者指出了未来可能的研究方向.     

时空对称性经典物理之美学精粹

相对论乃时空对称性探索的结晶；它与量子论，是二十世纪初叶起始的现代物理学之两大理论支柱。然而，相对论依然属于经典物理的范畴。经典物理理论与量子理论的主要区别在于：前者为时空模型理论，后者并非。二十世纪之前建立的各个经典物理理论是时空模型理论，而二十世纪前期建立的相对论动力学、相对论电动力学、相对论引力论、相对论宇宙学亦然如此。爱因斯坦揭示了时空对称性、披露了时空的动力学机制，遂使经典物理登峰造极；无疑，相对论是标示经典物理最高理论水准的丰碑。同时，相对论也提高了经典物理的审美价值；时空对称性，正…     

兰州重离子加速器及热核和远离核实验研究

当代原子核物理的前沿是极端条件下原子核的研究.重离子核物理正沿着能量(激发能、核温度)、同位旋和自旋3个维度及非核自由度不断取得新的进展.与重离子物理的发展相适应,重离子加速器技术正在向更高能量、多种类放射性束和高品质(低能散和低发射度)束流3个方向发展.兰州重离子加速器(HIRFL)是加速低、中能重离子束流的回旋加速器系统(见图1).近年来在HIRFL上进行了炮弹碎裂(PF)型放射性束流线RIBLL和电子回旋共振(ECR)离子源的研制.这是HIRFL最重要的发展升级.利用HIRFL系统和其他实验装置,中国科学院近代物理研究所(IMP)在重离子物理关于热核和远离稳定线原子核前沿领域的实验研究中取得了重要进展.本文以PF型RIBLL和ECR离子源研制为重点,介绍HIRFL的最新发展;综述 HIR-FL上的中能重离子碰撞热核性质研究,包括轻粒子发射时标和发射源时空演化、三和四重碎片发射、复杂碎片发射机制、靶余核质量产额分布和相关衰变机制、热核限制性温度和不稳定核在平面和出平面发射等;本文还讨论近代物理研究所在HIRFL和高压倍加器强中子源及其他实验装置上远离稳定线新核素的合成,及远离核衰变性质和核结构研究的重要进     

现代核物理研究前沿和新机遇

正原子核是由质子和中子构成的量子多体系统,是物质结构的一个基本微观层次.经过逾一个世纪的科学研究,人们已经发现并认识了许多核现象,这些核现象深化了人类对微观物质结构的认知.同时,以核电站和放射性医疗为代表,核物理研究对社会经济发展也作出了重大贡献.尽管核物理实验和理论研究取得了巨大成就,但是,从纯科学的角度讲,核层次中面临的重大科学问题依然没有得到彻底解决,例如,将核子结合在一起的核力是什么?它是如何管控着核中的核子?为了定量地理解这个重大科学问题,必须构建或创立不同特征的"核场所",     

第一性原理介质相似重整化群理论

由于手征有效场论核力、量子多体关联方法和超级计算机能力的发展,原子核第一性原理计算或称从头计算(ab initio,first principles)在最近20年取得了巨大的进步.作为处理强关联多体问题的新秀,介质相似重整化群理论(in-medium similarity renormalization group,IMSRG)已经在原子核第一性原理计算中发挥了重要作用.虽然理论本身仍需进一步发展,但目前的计算已经可以达到较重核区,如已经成功地实现了对208Pb的收敛计算.本文简要回顾介质相似重整化群理论的发展历史,介绍我们在介质相似重整化群理论方面的最新发展,即复动量空间介质相似重整化群和形变介质相似重整化群.复空间介质相似重整化群方法包含了连续谱耦合作用,可以描述原子核的非束缚共振态和弱束缚特性.形变相似重整化群可以更有效地描述形变原子核的结构.     

A～60和A～80质量区原子核磁转动研究进展

近年来,人们在很多原子核中发现了具有强M1跃迁、较弱E2跃迁的磁转动结构,这已经成为原子核高自旋态的研究热点.通过在束γ谱学实验,北京大学实验核物理研究组在中国原子能科学研究院HI-13串列加速器和南非iThemba国家实验室回旋加速器上先后开展了对A～80和A～60质量区原子核磁转动结构的研究.在⁷⁵As、⁷⁹Se和⁶²Cu核中发现了高激发磁偶极带结构,利用基于协变密度泛函理论的倾斜轴推转模型分析了它们的结构特点.研究表明,⁷⁵As和⁷⁹Se核中磁偶极带的角动量形成机制不同于传统的磁转动剪刀机制,随着转动频率的增加,它们只有中子角动量J_ν向总角动量方向出现了较大角度的闭合,而质子角动量J_π基本上保持不动,总角动量的倾斜角出现了一个较大的变化(向x轴方向闭合).这种只有一个剪刀片闭合的角动量形成机制被形象地称为订书机机制.     

用英文出版的理论物理杂志——THEORETICAL PHYSICS

Theoretical Physics(《理论物理》)已于1982年2月创刊.它的主要宗旨是及时发表理论物理各个领域的研究成果,支持理论领域中新的发展方向,以促进国际间的学术交流.内容包括:原子物理理论和分子物理理论,凝聚态理论和统计物理理论,粒子物理和量子场论,原子核理论和多体理论,理论天体物理、字     

时间为何不同于其他维度?

似乎所有人都知道时间的特殊性,但物理学——迄今最精密、最成功的科学怎么处理它?梳理2000多年来物理学的基本运动理论的发展,一个初步的脉络呈现在我们面前.亚里士多德认为时间维度与空间维度是互不影响的,空间维度可能更为重要——天上和地面的运动规律是不一样的.牛顿引入绝对时间与绝对空间的概念,在经典力学中时间维度是与空间维度地位平等的.牛顿提出三大运动定律以后,物理学的基本运动理论一分为三:爱因斯坦的(狭义)相对论力学、量子力学和演化力学.三个力学理论分别引入一个普适物理常数:真空中光速c、普朗克常数h和玻尔兹曼常数k,各自界定了对物理世界认识的一个极限:光速不变性、不确定性和不可逆性.对时间的认识也一分为三:量子力学基本沿用经典力学的时间概念;基于相对论,力学时间与空间统一了,可以在一定程度相互转换,但基本的时序是相对性不变的,时间与空间有所不同;基于热力学第二定律和耗散-涨落定理所代表的不可逆性,演化力学给予了时间一个特别地位.这些显然还不是最后答案.三种普适力学若是统一,以后时间的作用怎样?