用严格的R-矩阵理论获取高精度12C(α,γ)16O天体物理反应数据

How to give the exact and reliable astrophysical S-factor and reaction rate of 12C(α,γ)16O is called the 'century problem', since these values determine the main components of the stellar core and the evolution of massive stars when the helium burning at the end. The solution of this problem will have important scientific significance for establishing a more accurate theory of galaxy formation model to study the history of star formation, supernova explosion, the structure parameters and the main component of the Milky Way system. This project plans to produce a kind of ‘Strict R-matrix theory’ by combining ‘Classical R-matrix theory’ with the ‘electromagnetic transition theory’ and follow strictly the requirement of electromagnetic theory for gamma transition, so to eliminate the defects in previous used R-matrix theory(PRC-2015), and improve the description in physical principle and evaluation method. This work will use ‘General Least-Squares Methodology’, to analyze completely and strictly all experimental data of 12C(α,γ)16O reaction to reduce the systematical deviation for the fitted S-factor with used data, and to give the more reliable S-factor and Reaction Rate for 12C(α,γ)16O. Hoping to contribute for solving the 'century problem' of nuclear astrophysics.

如何求得准确的12C(α,γ)16O天体物理S因子和反应率被核天体物理学术界称之为‘世纪难题'。该数值决定着氦燃烧结束时恒星核心的主要核成分以及大质量恒星晚期的演化。 解决这一难题对于恒星形成的历史研究、了解银河系的结构和主要成分、建立更精确的星系形成理论有重要的科学意义。 本项目拟将经典的“R-矩阵理论”和“电磁跃迁理论”完全耦合, 严格遵循γ跃迁过程的电磁理论要求，消除存在于上期工作（PRC-2015）中的理论缺陷，完善R-矩阵理论在物理原理、评价方法的描述，形成“严格R-矩阵理论”；采用严格的‘广义最小二乘法’，统一地、严格地分析所有关于12C(α,γ)16O的实验数据,从而减少S-因子拟合值与实验数据之间的系统偏差, 给出12C(α,γ)16O的准确可靠的天体物理S因子和反应率，为争取解决核天体物理研究中这个‘世纪难题'做出贡献。

求得到准确的（要求误差小于10%）12C（α，γ）16O的天体物理S因子和反应率（E=0.3 MeV）,对于研究天体演化过程极为重要，曾被称为核天体物理研究的‘圣杯’。全世界50多年的努力还没有得到公认的满意的结果，绝大多数的数值精度远远大于10%。为此，我们创立了‘相对论约化R-矩阵理论’，以及配套程序RAC，先后采用5类分析方案，都得到了满意的结果。.RAC和该工作具有以下的特点和先进性。.A. 采用相对论的能量计算公式，可以巧妙地将γn+16On（n=0,1,2,3,4）当作复合核2体反应道处理，为此可以同时分析16O系统中所有反应道的实验数据；.B. 采用多道多能级‘约化R-矩阵模型’，可以同时调节全部参数去分析16O系统中所有可以利用的实验数据；.C. 采用严格的‘广义最小二乘’公式和‘误差传播理论’，可以准确地给出所有反应道评价值的协方差矩阵；.D.采用了多种精密的有特色的数值拟合方法，比如反复迭代，单参数梯度法，智能记忆路径，等等，有可能获得最佳拟合。.E. 采用了5类分析方案，都得到很好的结果。.结果显示我们的结果是可靠的，满足了有关学术界对12C (α,γ)16O的天体物理S因子的精度要求。 而美国近期结果是仍存疑甚至错误; 因为一个没有误差的统计评价值是没有意义的。我们RAC2021的结果是准确的合理的，对解决全球有关科学界几十年来一直想要解决的难题起到推动作用。 .本研究开创和完善的评价方法‘RAC-CENTRILIS’在国防科研项目‘挑战计划’中已经获得成功应用，其中的‘约化R-矩阵理论’受到IAEA的肯定和推广。过去中国的轻核评价数据库（CENDL）在主体上是拷贝美国的核评价数据库，现在我们可以完全独立地研制出中国自己的轻核评价数据库，而且在某些方面具有更高的质量。这具有重要的明确的科学意义和应用价值。