用弹性电子散射研究奇特原子核的结构和性质

In this project, the sensitivity of elastic electron-nicleus scattering differential cross sections and form factors to the variation of the structures and properties of unstable nuclei is studied theoretically, so as to find new methods of studying the structures and properties of unstable nuclei with electron-nucleus scattering. The study includes four parts: In the first part, the theoretical models,including spherical, ellipsoidal and cluster model, of electron scattering off exotic nuclei will be developed based on the modern nuclear structure theories,such the RMF theory. The codes (including codes for the spherical and ellipsoidal charge distributions) based on the theoretical models will also be written. In the second part, the spherical nuclei will be systematically calculated ，and the numerical results will be compiled into a collection and systematically studied to explore the sensitivity of the form factors and the cross sections to the charge density distributions and the states of motion of outer shell protons. Special model calculations and dicussions will also be focused on such nuclei as the debated "bubble nuclei" which may have special charge distrbutions,so as to explore the possibility of detecting the "nuclear bubble" with electron-nucleus scattering. In the third part, we focus our study on the deformed nuclei with ellipsoidal charge distributions. We investigate the sensitivity of the charge form factors and the cross sections to the values of deformation parameter and try to find the relation between them in order to explore the feasibility of detecting the deformation by using the electron-nucleus scattering. In the fourth part, we study whether electron-nucleus scattering can be used to detect if there really exist clusters,which has been predicted by theores, in some exotic nuclei. All the above studies will provide useful references for the experimental work on the new-generation electron-nucleus collider.

本项目从理论上研究电子散射的散射截面和形状因子对不稳定原子核的结构和性质的敏感性，探索用电子散射研究不稳定原子核的结构和性质的方法。研究内容有四个方面：一是结合现代原子核结构理论发展电子和奇特原子核散射的理论模型并编制计算程序（包括球形核，椭球形变核和"结团"原子核）；二是对球形核进行系统计算，编制球形核形状因子数据图集，系统研究形状因子对电荷分布不同区域以及外围质子不同运动状态的敏感性，总结其依赖规律；同时，针对有争议的原子核，如"bubble nucleus"等，进行计算和研究，探索用电子散射探测"nuclear bubble"的可行性；三是研究散射截面和形状因子对椭球形变原子核的形变参数的敏感性，寻找形状因子随形变参数的变化规律，探索用电子散射探测原子核形变的可行性。四是探索用电子散射探测原子核内是否有"结团"的可能性。这些结果将为在新一代电子-原子核对撞机上进行的实验提供重要参考。

随着放射束流技术的发展, 大量的远离β稳定线的奇特原子核已经可以在实验室获得。在此基础上, 新一代电子－不稳定原子核散射装置也在日本的RIKEN和德国的GSI建造。这使得用电子散射研究不稳定原子核成为可能。目前，日本Riken的装置已经开始运行，并利用133Cs完成了第一个电子与短寿命原子核散射的展示性实验。在此背景下，从理论上对电子与不稳定原子核的散射进行研究是必要、及时和有意义的。. 为了为前沿实验研究提供有用信息，本项目发展了新的计算方法对电子与奇特原子核散射的若干方面进行了理论研究。首先，用相对论平均场模型结合电子与原子核散射的相移方法对中子数等于20和28的同中子素链进行了计算，研究了原子核中心电荷分布压低的电子散射问题；其次，选择偶偶核30－48S和32－56Ar作为研究对象，同时选择偶偶核26－40Mg和28－46Si作为对比，对s-d壳能级反转问题的电子散射及泡核现象进行了研究；第三，选择25－49P作为研究对象，进行了奇A核自旋宇称的弹性磁电子散射的研究；第四，在相对论框架内对单核子Dirac-4旋量波函数对核磁形状因子的贡献进行了计算和研究； 同时，通过对16O，40Ca，132Sn的1p1/2-1p3/2，1d3/2-1d5/2，1f5/2-1f7/2，1g7/2-1g9/2，2p1/2-2p3/2和2d3/2-2d5/2的系统计算，对Spin-orbit partner对磁弹性电子散射的响应函数进行了研究。发现在小转移动量区域，对磁形状因子在贡献上起支配作用的M1多极主要是由于原子核里面的传导电流引起的；这是一个我们不曾见到的结论。第五，对17O，25Mg，27Al，29Si和31P的形状因子的quenching因子进行了研究。研究结果提示我们，在处理核多体效应和核芯极化时，对不同的核我们可能需进行不同的处理。第六，首次将库伦移动能（原子核的整体性质）和核子的能级反转（原子核的微观结构）联系起来研究，探讨他们之间的联系，以寻求原子核库伦移动能变化的一种微观解释和实验上探测核子能级反转的实验方法。. 这些研究结果将会为今后的实验提供十分有用的参考，也为现有的原子核结构模型提供了新的检验。同时，这些理论计算还有助于分析实验数据，提取新的物理信息。