第一性原理研究三体力对28F和29Ne低激发谱的影响

摘要从手征有效场论的N~3LO两体和N~2LO三体核力出发,采用第一性原理方法(开壳原子核多体微扰理论)计算了~(28)F和~(29)Ne的低激发能谱,并以此研究手征三体力对反转岛区域原子核性质的影响.通过对比采用纯两体与两体加三体力计算的~(28)F和~(29)Ne的低激发能谱,发现手征三体力对反转岛内原子核基态宇称反转现象有着重要的贡献.为了进一步探究三体力的影响,系统计算了丰中子Ne同位素的偶偶核基态波函数中的组态成分.结果显示,三体力显著地加强了跨壳激发效应,使理论计算与实验结果更加符合.     

现实核力Gamow壳模型计算丰中子碳同位素

远离β稳定线的弱束缚原子核存在很多奇特的现象,已成为当前核物理研究的热点.在通过理论描述这些非稳定区域时,束缚态、共振态与连续态的耦合效应变得尤为突出.与此同时,很多工作也表明了三体力在计算原子核结构时的重要性.本文以丰中子碳同位素为研究对象,采用现实核力Gamow壳模型,从手征有效场论的N~3LO两体与N~2LO三体核力出发,同时考虑束缚态、共振态与连续态,计算了碳同位素基态与第一个2~+激发态的位置.我们的计算给出了正确的滴线位置,验证了氧同位素中子数N=14的壳结构在碳同位素中消失的现象,同时预言了N=16的壳结构.我们将包含与不包含三体力的计算结果进行了比较,显示出三体力对于描述滴线区原子核的重要性.此外,三体力的引入还可以升高第一个2~+激发态的位置,得到与实验更加符合的激发态能量.     

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.     

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.     

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.     

路径积分分子动力学模拟在相变问题中的应用

依据玻恩-奥本海默近似,理论模拟分子与凝聚态体系材料的性质,需要人们对电子结构和原子核运动两个层面的内容都进行尽量准确描述.目前,电子结构的计算已相对成熟,很多情况下密度泛函理论、传统量化或量子蒙特卡洛方法都能在量子力学的层面给出相当精准的结果;但就原子核运动的描述而言,绝大部分理论方法却还依赖于经典力学.越来越多的实验和理论工作表明,在很多材料的相变过程中,原子核的量子属性可能对相变行为产生重要的影响.将路径积分分子动力学方法与两相法、自由能计算等分子模拟方法结合,可以有效地处理相变问题中的核量子效应,进而对材料的相变行为进行准确地描述.本文将结合两个具体的例子,简要介绍近几年我们在该研究方向的一些工作进展.     

质子发射核结构研究进展

关于远离β稳定线的原子核的研究是当前原子核结构领域的一个重要前沿.质子发射现象是远离β稳定线的原子核的一种重要衰变模式,可以为研究质子滴线附近的原子核性质提供宝贵的信息.现代实验技术已经能够比较深入地研究极端条件下的原子核结构情况,许多最新实验结果为人们理解奇特原子核的性质起到了重要作用.本文试图综述近年来国际上关于质子发射核研究的进展,旨在为质子发射核结构研究提供一些参考.     

基于形变相对论连续谱Hartree-Bogoliubov理论构建高精度原子核质量表

质量是原子核最基本的物理量之一,是理解核子间相互作用、揭示壳结构演化和确定滴线位置的关键,是研究核反应和核衰变的基本信息,同时也是探索元素起源等问题必需的核物理输入量,对粒子物理与核物理、天体物理和宇宙学等学科至关重要.尽管短寿命原子核质量的测量工作已经取得很大进展,但是在可预见的将来,大部分远离稳定谷的奇特原子核质量仍依赖理论模型预言和计算.本文介绍了原子核质量模型的重要发展历程、相对论密度泛函理论描述原子核现象的成功、基于相对论连续谱Hartree-Bogoliubov理论构建的目前唯一考虑连续谱效应的原子核质量表,以及拟基于形变相对论连续谱Hartree-Bogoliubov理论建立高精度原子核质量表的最新进展和展望.     

非绝热量子动力学模拟方法及其在凝聚态体系中的应用

密度泛函理论(density functional theory, DFT)可以准确地预测由电子和原子核组成的普通物质的基态电子结构,而当涉及量子体系含时演化的模拟时,比如模拟超快激光与分子或凝聚态体系相互作用的激发态动力学过程,就需要发展实时密度泛函理论(real-time time-dependent density functional theory, rt-TDDFT)和非绝热动力学相结合的新颖计算方法.本文介绍了基于rt-TDDFT的Ehrenfest动力学方法,并结合路径积分分子动力学提出了RPTDAP量子动力学方法. RP-TDAP方法引入了非绝热效应和原子核的量子效应,可以对电子波函数和原子核波包构成的耦合系统进行量子化动力学模拟.这些方法使我们不仅可以准确地理解激发态电子结构、电声相互作用、光致电荷传输、光化学反应等非绝热过程的内在机理,而且可以超越平均场理论给出一个全新的视角来描述原子核的量子行为.本文还应用这些方法研究了几个重要的非绝热动力学现象,说明这些方法可以广泛地用于复杂体系的量子激发超快动力学研究.     

多粒子体系的相对论Glauber展开式

近年来,在高能强子对原子核散射的问题上,由Glauber发展的程函方法(eikonal)得到了广泛的应用。Glauber理论的一个重要结果是,强子对原子核的多体散射振幅可以写成为多次的二体散射振幅乘积的叠加。这就可以绕过强相互作用理论的困难,直接利用二体散射振幅的实验结果来分析原子核的散射问题;或者反过来由多体振幅推断二体散射振幅,Glauber     

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.     

量子反常霍尔效应研究进展

量子反常霍尔效应是一种不需要外加磁场的量子霍尔效应.它不但为手征量子霍尔态的理解和应用提供了一个理想的研究平台,还可以用于构建多种新奇拓扑量子物态.本文回顾了近年来量子反常霍尔效应实验方面的研究进展,包括对磁性掺杂拓扑绝缘体中量子反常霍尔效应相关机理的深入研究、基于量子反常霍尔绝缘体的各种异质结构的制备及性质研究,以及可能具有更高工作温度的量子反常霍尔效应材料体系的探索等.这些研究进展对量子反常霍尔效应的未来发展方向和凝聚态物理的发展具有重要的启示作用.     

闪烁光斑室

我们最近提出一种探测粒子的新原理,称之为闪烁光斑室。我们注意到:当高能带电粒子穿过薄板型闪烁体时,引起闪烁体发光,产生足够多光子数,会在闪烁体表面形成光子密集于粒子入射点附近的照明区。由于光电探测器量子效率的因素,自     

统一场论源流及新版本

统一场论通称万物之理,自古以来成为人类对大自然奥秘的不懈追求。本文对从老子及古希腊先哲之启迪直至现代统一场论作一综述。爱因斯坦是统一场论创始者,不幸以失败告终。20世纪70年代后,物理学家在新的基础上探索统一场论。基于多维空间的弦论从量子论出发,背景独立的圈论从广义相对论出发,经过数千位物理学家和数学家四十多年孜孜以求,目标仍遥不可及,是进行反思的时候了。本文作者经八年研究,提出统一场论新版本。论文题为《A New Version of Unified Field Theory-Stochastic Quantum Space Theory on Particle Physicsand Cosmology》 (统一场论新版本--随机量子空间理论关于粒子物理及宇宙学),论文经过同行评审,发表在《Journal of Modern Physics》, 2013年,第4卷第10期,页码：1213-1380。随机量子空间(SQS)理论基于简单基本假设建立起理论框架,得出几十个与实验符合的理论结果,并提出25项预测以供实验检验。在此基础上,从广义相对论真空方程出发,重新定义其度规张量将之乘以高斯几率分布,SQS理论建立起基本方程,对光子和电子的初步分析结果与实验符合。     

当前粒子物理研究的新困难

“间隙阵发效应”实验发现(1992),在多重强子产生过程中电荷—电荷相互作用很强.微扰量子色动力学与量子电动力学的计算结果只有实验值的百分之一.л介子产生对碰撞质子自旋的依赖实验(1980--1991)指出:电荷(同位旋)与自旋之间存在动力学关联,然而量子色动力学的计算得到零结果.强子动量与质量的关联,不同强子间的质量关联,以及质量起源问题,都要求加强非微扰量子场论的研究.量子解析动力学在公理化场论基础上综合了四方面的研究:(1)     

现实核力Hartree-Fock Gamow基矢计算

对远离稳定线弱束缚原子核性质的研究是当代核物理领域重要的热点之一.对于弱束缚核,如何自洽可靠地描述和处理束缚态和连续态之间的耦合是理论描述的关键问题,也是理论研究面临的一个挑战.一种较成功的方案是采用Gamow基,以相同的方式处理束缚态、共振态和散射态,来统一描述核结构和核反应性质.本文介绍了一种从现实核子-核子相互作用出发,从微观上自洽生成Hartree-Fock(HF)Gamow基的新方法.基于现实核力,首先在谐振子基下进行HF迭代,得到的HF势通过基转换解析延拓到复动量平面上,最后包含束缚态、共振态和散射态的Gamow基由求解复动量空间的HF方程得到.作为例子,基于手征核力N~3LO,核力利用V_(low-k)方法重整化到动量截断Λ=2.1 fm~(–1)采用这种方法计算了~4He和~(22)O的HF单粒子共振态,并分析了计算的收敛性和有效性.还讨论了从散射态相移的计算得到共振态位置的方法,其得到~(22)O的单粒子共振态与复平面直接计算的结果一致.这种从现实核力得到HF Gamow基的方法计算量小,收敛快,得到的包含束缚态、共振态以及散射态的基,有望进一步应用于第一性原理的多体计算中来研究弱束缚核的性质.     

一种二元贵金属氮化物的价电子结构

利用固体与分子经验电子理论计算了一种新合成的贵金属氮化物PtN的价电子结构. 结果表明这种氮化物的电子结构位形是: Pt 6s 0.143, 6p 1.286, 5d 3.0; N 2s 0.5694, 2p 2.4306(只考虑共价电子). 这种位形与常用的第一性原理方法中产生赝势的电子结构位形有很大差异, 推测这种差异是造成体弹 性模量理论和实验值不符的原因. 另外, 根据得到的价电子结构, 计算了PtN的结合能为-674.75 kJ/mol.     

简并三能级原子在绝热极限下的量子非破坏测量

由于微弱信号的测量,如量子宇宙学中引力波的探测给实际测量提出了新的要求,Braginsky等人提出了量子非破坏测量的概念(quantum-nondemolition measurement 简称QND测量)即第一次测量对被测物体的待测力学量没有扰动,再次进行观测能重复第一次的测量结果的测量称为量子非破坏测量.正是由于它的这个性质引起了很多实验和理论物理学家的关注.本文通过研究一个简并的三能级原子与光场的相互作用,由精确解计算给出在绝热     

原子核结构的自然基壳模型

在Woods-Saxon基下,用现实核力CD-Bonn势计算了壳模型的有效相互作用.CD-Bonn势中的硬芯通过能量无关的重整化方法V_(lowk)处理,重整化之后的核力能够让体系表现出更好的微扰性并且能够保证两自由核子的低能散射相移不变.同时,本文使用了扩展的Krenciglowa-Kuo迭代方法计算壳模型的有效相互作用,这种方法能够有效地处理非简并模型空间的多体关联,使得壳模型计算能够在较小的模型空间下给出体系的低激发态信息.分别在谐振子基和Woods-Saxon基矢下构建sd区的有效相互作用,其中在Woods-Saxon基的计算中,连续态的贡献通过多体微扰方法包含在有效相互作用中.通过对氧同位素的低激发态的计算,比较了谐振子和Woods-Saxon单粒子基在原子核壳模型计算中的优劣,并通过对两种单粒子基下核子分布的分析研究了非束缚态对原子核结构的影响.     

半导体量子点与谐振腔杂化系统的强耦合

量子比特的可扩展性是实现实用量子计算机的前提.利用微波谐振腔中的光子作为媒介实现非局域量子比特间的长程耦合与信息交换,为固态量子计算提供了一种重要的大规模扩展方案.然而由于外界噪声大、耦合强度弱等各种因素限制,在前期实验中半导体量子比特一直未能实现与微波光子间的有效信息交换,亦即未能实现比特与光子间的强耦合.近年来,随着实验上半导体量子比特的性能优化及高阻抗微波谐振腔的应用,利用微波谐振腔耦合半导体量子比特取得一系列重要突破,电荷和自旋量子比特与腔的强耦合均已实现,量子比特间的耦合距离也得到极大扩展.本文围绕半导体量子点-微波谐振腔杂化系统,简要介绍实现量子比特与微波光子强耦合的原理、实验实现及进展.