超重核合成相关的原子核结构研究

The exploration of charge and mass limits of atomic nuclei and the synthesis of long-lived or even stable superheavy nuclei are on the frontier of modern nuclear physics. The structure properties, including the ground state properties of nuclei involved in heavy ion fusion reactions and properties of superheavy nuclei at their ground states and saddle points, the fission barriers of superheavy nuclei, the isomeric states in superheavy nuclei, etc., are important in the study of the synthesis mechanism of superheavy nuclei. For example, the shell structure of nuclei in the superheavy region determines the location of the island of stability, thus being related to the lifetimes and synthesis of superheavy nuclei. In this project we will study the structure of nuclei related to the synthesis mechanism of superheavy nuclei by using and developing the relativistic mean field models and the macroscopic-microscopic models. Namely, (1) The ground state properties: We will study the ground state properties of nuclei involved in heavy ion fusion reactions and the shell structure of superheavy nuclei, explore the location of the island of stability, study the binding energy and shape of superheavy nuclei; (2) The potential energy surface and fission barrier: We will investigate the potential energy surface and properties of heavy and superheavy nuclei at and around saddle points, investigate fission paths and mass parameters along fission paths; (3) Further development and improvement of our models.

探索原子核的电荷和质量极限，合成长寿命超重核是当前原子核物理研究的重要前沿问题。原子核的结构性质，包括重离子熔合蒸发反应过程中涉及到的诸多原子核的基态性质，超重核的基态和鞍点性质、裂变位垒、同核异能态等，对于研究超重核的合成机制至关重要。例如，原子核的壳层结构决定超重岛的位置，进而与超重核的寿命及合成机制等关联起来。本项目拟发展和利用相对论平均场模型和宏观微观模型等理论，研究超重核合成相关的原子核结构，包括（1）原子核的基态性质：研究重离子熔合蒸发反应过程中涉及到的诸多原子核的基态性质,研究超重核区壳层结构及幻数，探讨超重岛的位置，研究超重核的质量、形状等性质；（2）原子核的势能面及裂变位垒：研究重核与超重核的势能面、鞍点性质、鞍点及其附近原子核的形状特性、裂变路径以及裂变相关的质量参数等；（3）前述模型的发展和改进。

探索原子核的电荷和质量极限、合成长寿命超重原子核是当前原子核物理研究的重要前沿领域。原子核的结构性质，包括重离子熔合蒸发反应过程中涉及到的诸多原子核的基态性质，超重核的基态和鞍点性质、裂变位垒、同核异能态等，对于研究超重核的合成机制至关重要。例如，原子核的壳层结构决定超重岛的位置，进而与超重核的寿命及合成机制等关联起来。项目发展和利用相对论平均场模观型和宏观微模型等理论，研究超重核合成相关的原子核结构。具体成果包括：进一步发展我们建立的多维形状约束协变密度泛函理论，利用该理论研究非轴对称形状、反射不对称形状对重核势能面及裂变位垒的影响，研究原子核的非轴对称八极形状（正四面体形状）；基于推转壳模型，利用粒子数守恒方法处理对关联，系统研究了超铀核以及首例超重核Rf-256的转动谱；利用微观输运模型研究重离子熔合微观机制，发现随机力的非高斯分布与能量耗散之间的关联，揭示熔合过程中的非马尔可夫效应；发展了一个经验耦合道模型，用于描述近库仑位垒重离子熔合反应截面以及破裂效应对熔合的影响，模型计算结果与实验符合，该模型可为将来的实验提供理论预言；利用多维约束协变密度泛函理论，推动与实验的合作，揭示出多重手征双重带之间存在八极关联的证据，首次发现原子核中手性和空间反射对称性的联立自发破缺，促进了对原子核对称性自发破缺和恢复的理解。项目发表论文30篇（含1篇Physical Review Letters和1篇Journal of Physics G综述）。3名博士研究生、1名硕士研究生毕业，2名博士后出站。举办国内外会议10次。项目负责人荣获教育部自然科学一等奖，应邀为瑞典皇家科学院Physica Scripta纪念A. Bohr、Mottelson和Rainwater获诺贝尔奖40周年出版的纪念专刊撰写文章，在国内外会议做学术报告39次，包括2016年第26届国际核物理大会做大会邀请报告。