中低能重离子碰撞中多体关联与α相变研究

The nucleon-nucleon many-body correlation in heavy-ion collisions at intermediate and low energies directly relates to cluster emission and it's dynamical evolution, which has fundamental significance to searching definite liquid-gas phase transition, determining symmetry energy at low density and the phase structure of neutron star matter, investigating the explosion dynamics of supernova and the transport process of neutrino in core-collapse supernova, and searching Bose-Einstein condensation at nucleon level such as αcondensation. Nowadays, the description of nucleon-nucleon correlation and α cluster dynamics in microscopic transport theory is quite inadequate for heavy-ion collisions intermediate and low energies and there exists large discrepancy between the theory and experimental data for α related observables. This project will update the microscopic many-body transport model to make it reasonable to describe nucleon-nucleon correlation and degree of freedom of cluster. Studying cluster dynamics at intermediate and low energies from the following aspects: 1) Solving the long standing problem in transport simulation: the emission of free nucleon is too more and the emission of α particle is too less; 2) Exploring dynamics evolution path of transient exotic configuration such as α long chain and ring etc. and searching for sensitive final state observables about them; 3) Investigating the dynamical path from α crystal phase to α gas phase, exploring the relation between α gas phase and α condensation and extracting experimental probes about α condensation.

中低能重离子碰撞中的核子-核子多体关联直接关系簇团的产生及其动力学演化。而簇团自由度及其动力学对寻找液气相变确切信号，确定低密对称能、中子星物质相结构，研究超新星爆炸动力学、中微子在核芯塌缩超新星中的输运过程及在核子层次寻找玻色-爱因斯坦凝聚（比如α凝聚）都具有根本性意义。而目前微观输运理论对中低能重离子碰撞中核子-核子关联及α簇团动力学的描述相当欠缺,在α簇团观测量方面和实验相比有较大差距。本项目拟通过更新微观多体输运模型，使其合理描述动力学过程的核子-核子多体关联及簇团自由度。研究中低能重离子碰撞中的α簇团动力学：1)解决长期以来输运模型在多重碎裂反应中自由核子发射过多，α粒子偏少的问题；2)探索瞬态α长链、圆环、空心柱等奇异构型的动力学演化路径、寻找对其敏感的末态观测量；3)研究从类α晶体相到类α气体相的动力学路径，探索反应中的类α气体相与α凝聚相的关系，提取对α凝聚敏感的实验探针。

团簇结构在轻核区普遍存在，团簇的形成、演化对认识核物理中核子-核子多体关联及天体核物理核合成，中子星结构及其演化动力学都具有重要意义，但从微观理论模型上缺乏处理团簇动力学的有效方法，实验上对团簇形态的确认及其演化数据也比较缺乏。.本项目在扩展的量子分子动力学(EQMD)模型基础之上，通过对模型中波包宽度和Pauli势能的调整及改进，使EQMD模型不仅能够很好地描述从轻到重不同质量区稳定核的基态性质，而且基于每核子独立的波包宽度变量，EQMD模型能够合理描述远离β稳定线同位素链的基态性质，比如14Be,17B,19C及22C等晕核的晕核子分离能及密度分布，同时改进的EQMD模型还能够很好地描述8Be、12C及16O等核的不同α团簇构型。基于EQMD模型对核基态性质的成功描述，我们对轻α共轭核的α团簇结构及其集体激发开展了系统研究。EQMD模型能够很好地重现16O基态巨偶极共振（GDR）实验数据，不同α团簇构型的GDR谱具有不同的结构，这些GDR中特征谱与α团簇几何构型存在着很强的对应关系，GDR谱结构可以解释为由α团簇的相干振荡引起的，GDR能谱峰的个数和位置能用α团簇几何和动力学对称性给出自洽满意的解释，因此巨偶极共振谱可以作为轻α共轭核中α团簇构型的强有力实验探针。此工作作为共同通讯作者发表在物理评论快报和物理评论C上。.为了进一步从实验上寻找奇异α团簇结构存在证据，本项目利用Texas A&M University的NIMROD-ISiS 4Pi探测器实验数据，寻找J. A. Wheeler在20世纪60年代预言的具有奇异圆环结构的核。通过对15MeV/u, 25MeV/u, 35MeV/u 28Si+C, 28Si+Si，28Si+Ta实验数据的分析，得出：1)对于α粒子和类α碎片(12C、16O、20Ne和24Mg等)，存在速度等级效应， 发现是从非平衡脖子区发射的；2）对于特定7α事件样本，其构建的激发能谱在124MeV和136MeV有分立、明显的峰位，并和AMD+Gemini,HIPSE+Gemini计算进行了详细比较。通过非关联谱构建得到这些峰位具有很高的置信度（大于5σ），其中138MeV峰非常接近A.Staszczak和C.Y.Wong对于28Si奇异圆环结构的高激发能（143MeV）、高自旋(44hbar)同质异能态的理论预言。