天体快中子俘获过程中的核物理研究

The origin of the heavy elements from iron to uranium is one of the most fundamental problems in physics and astronomy in the 21st century. Even though the rapid neutron-capture process, or r-process, has been proposed as one of the dominant mechanisms for producing the heavy elements for more than 50 years, the knowledge for the site(s) of r-process and the properties of neutron-rich exotic nuclei are far from a complete understanding of r-process nucleosynthesis, despite a myriad of experimental and theoretical efforts. With the construction and development of the new generation of radioactive ion beam facilities worldwide, the nuclear physics of the r-process has become an important frontier. This project is proposed to investigate the nuclear physics problems in r-process, based on the current research status in nuclear physics and astrophysics as well as the achievements and experiences of the applicants. The main investigation contents include: the neutron-rich nuclear structure based on the covariant density functional theory; the corresponding nuclear mass and beta decay half-live as a nuclear database for r-process; a dynamic r-process model to further investigate the influence of the nuclear physical and astronomical uncertainties on r-process abundances. The project is intended to provide further theoretical support to research in nuclear physics and nuclear astrophysics, promote the worldwide investigation of r-process and understand the origin of the elements.

从铁到铀的元素起源是21世纪物理和天文学面临的重大问题之一。虽然快中子俘获过程(简称快过程)早在50多年前就被提出为重元素合成的主要机制之一，但目前对它还没有完全理解。一方面，快过程发生的天体环境还不能完全确定；另一方面，描述它所需的核物理输入量有很大的不确定性。随着世界范围内新一代放射性核束装置的兴建与发展，快过程中的核物理研究已成为重要的科学前沿课题。本项目结合当前国内外的研究现状和申请人的工作基础，对天体快过程中的核物理进行研究，主要内容包括：基于协变密度泛函理论系统研究丰中子核性质；建立相应的质量表并研究β衰变寿命，建立初步的出微观、自洽的核物理输入量数据库；发展动态快过程模型，深入研究核物理和天文观测不确定性对快过程的影响等。通过本项目研究，将为核物理及核天体物理研究提供进一步的理论支持，给出可靠的快过程核物理输入量，加深对元素起源这一基本科学问题的理解。

从铁到铀的元素起源是21世纪物理和天文学面临的重大问题之一。虽然快中子俘获过程(简称快过程)早在50多年前就被提出为重元素合成的主要机制之一，但目前对它还没有完全理解。一方面，快过程发生的天体环境还不能完全确定；另一方面，描述它所需的核物理输入量有很大的不确定性。随着世界范围内新一代放射性核束装置的兴建与发展，快过程中的核物理研究已成为重要的科学前沿课题。本项目对天体快过程中的核物理进行研究，主要内容包括：基于协变密度泛函理论系统研究丰中子核性质；建立相应的质量表；发展动态快过程模型，深入研究核物理和天文观测不确定性对快过程的影响等。通过本项目研究，为核物理及核天体物理研究提供进一步的理论支持，给出可靠的快过程核物理输入量，加深对元素起源这一基本科学问题的理解。..主要研究内容包括：.（1）基于协变密度泛函，建立了迄今唯一考虑连续谱效应的原子核质量表。.（2）建立了基于相对论Hartree-Fock-Bogoliubov理论的准粒子无规相位近似方法，并将其用于研究 beta衰变。对无中微子型双beta衰变矩阵元的研究被遴选为 Physical Review C 编辑推荐文章。.（3）发展了天体核合成的动态网络计算，可研究核物理输入量和天体环境对核合成的影响。.（4）其它重要进展包括：a）实现了原子核结构的相对论第一性原理计算；b）构建了领头阶的相对论手征核力；c）推动并参与实验证实原子核手征对称性破缺的多样性，发现了手征对称性和空间反射对称性联立自发破缺的证据等。