形变原子核结构中的新奇现象与新物理探索

In nuclear chart, most of the nuclei are deformed except few ones nearby the magic numbers. In the limit of deformation and isospin, the nuclei represent different novel structure properties from the ordinary stable ones, which provide new challenges and criterions for the nuclear structure theories. Based on the relativistic Hartree-Fock (RHF) approach and the meson exchange diagram of nuclear force, the project plans to develop the axially deformed RHF theory and relativistic Hartree-Fock-Bogoliubov (RHFB) theory, in order to provide unified and self-consistent description for the important physics --- the mean field and pairing correlations, deformation, spin-orbit couplings, and nuclear tensor force. On top of that, we plan to perform the systematical calculations for all the nuclei with the mass number larger than 10 and further study the effects of the deformation, pairing correlations, and the Fock terms in determining the nuclear structure properties, as well as the roles of the pion and tensor rho fields which can be efficiently handled within the relativistic Hartree approach. Moreover, we also plan to explore the possible novel phenomena and structures in the exotic nuclei and the superheavy ones and study the embedded new physics, particularly the effects of the natural tensor force components introduced by the Fock terms of the meson-nucleon couplings. It is expected that valuable information for the experimental study of the exotic nuclei and superheavy ones can be obtained in the project.

核素图中除少数幻数附近的原子核外大部分是形变的。在形变与同位旋极限区域，原子核表现出不同于普通稳定原子核的新结构属性，对原子核结构理论研究提出了新的挑战与检验标准。项目拟基于核力介子交换图像与相对论Hartree-Fock（RHF）近似，发展建立轴对称形变的RHF理论与相对论Hartree-Fock-Bogoliubov（RHFB）理论，实现对平均场与对关联、形变、自旋-轨道耦合、张量力等物理的统一自洽描述。在此基础上，对核素图上的质量数大于10的原子核开展系统的科学计算，分析影响核结构性质的形变、对关联、交换项与相对论Hartree近似下无法有效处理的pion介子与rho介子张量耦合的效应。寻找奇特原子核与超重原子核中可能存在的新奇现象与新结构，探索与之相关的新物理，尤其是各介子-核子耦合交换项中自然存在的张量力成分贡献，为奇特原子核与超重原子核的实验研究提供有价值的参考信息。

随着实验技术的飞速发展与大科学工程的蓬勃建设，核物理研究已经从少数的稳定原子核扩展到数千个不稳定核。与稳定原子核不同，不稳定核呈现出丰富的新奇现象，如晕现象、气泡结构等。由于宇宙中重元素合成的关键快中子俘获过程涉及大量不稳定核，因此不稳定核的结构特性对理解“元素起源”等基本科学问题十分关键。在核能领域，不稳定核在闭式核燃料循环的同位素嬗变环节也有重要的潜在应用价值。同时，实验和理论研究表明，包括不稳定核在内，核素图上大部分原子核存在偏离轴对称的形变。然而，大量不稳定核在实验上尚未合成，亟需理论探索。.项目克服考虑形变后处理 Fock 项所带来的巨大数值计算困难，建立完善轴对称形变的相对论Hartree-Fock (RHF) 与相对论Hartree-Fock-Bogoliubov (RHFB) 理论，揭示了影响形变核结构的张量力机制。新发展的理论统一处理了 Fock 项、形变、对关联与连续态，为更大范围内的不稳定核与超重核研究提供了可靠理论平台，也为面向核能领域重大应用需求奠定了理论基础。在原子核新奇现象与核力性质研究方面，发现Si-48是核素图上少数具有多种新奇结构的代表性原子核，包括滴线双幻特性、双气泡结构、热激发时对关联重新介入等，该发现对新奇现象的实验与理论研究具有重要科学意义；揭示Ca同位素连续新幻数结构的统一形成机制，即Dirac反转伙伴态之间的强耦合，这不仅对理解不稳定核结构特性具有重要意义，也深化对核力微观性质的理解；结合已有实验数据，发现核结构赝自旋对称性恢复的微观新机制，揭示核力介质效应在赝自旋对称性恢复、热核物质液气相变中的重要影响，该工作深化了对核力介质效应的理解，也为核力性质研究提供了重要的定性指导，由此发展的新有效核力 DD-LZ1 解决了相对论平均场理论中的假壳问题。.项目在Prog. Part. Nucl. Phys., Phys. Lett. B, Phys. Rev. C, Chin. Phys. C 等期刊上发表基金标准论文 18 篇，其中赝自旋对称性研究论文被期刊Phys. Rev. C 遴选为Editors’ Suggestions, 张量力研究论文被期刊 Chin. Phys. C 遴选为亮点文章。培养毕业博士研究生 5 人、硕士生1人，应邀参加国际会议并作大会报告8次。