原子核低激发谱与量子相变的协变密度泛函研究

Nuclear quantum phase transition (QPT) becomes one of hot topics in nuclear physics in recent years, because it is related to the new dynamical symmetry,evolution of shell structure,finite size effect on QPT in mesoscopic system, and so on.The low-lying spectrum is very important to help us to understand the nuclear QPT deeply and the corresponding microscopic mechanism.In particular, more and more measurements have been performed for the spectra of exotic nuclei due to the update of the accelerator and detector. This is benifit for the systematic investigations on the QPT in complex systems. Based on our previous work, the project will focus on the following studies to understand the above hot topics: 1) Development of a core-quasiparticle coupling model based on the covariant density functional theory, including both quadurpole and octupole degrees of freedom, that can provide a systematic description for the low-lying spectra of the medium-heavy and heavy nuclei. 2) The effects of nucleon-core coupling and quadrupole-octupole coupling on the low-lying spectrum. Analyze the evolution of the potential energy surfaces and order parameters along the isotopic chain, and try to reveal the critical points and corresponding dynamical symmetries. 3) Systematic study of the quadrupole and octupole shape phase transitions. Discuss the general properties and microscopic mechanism of nuclear QPT. 4) Microscopic analysis of low-lying spectra in exotic nuclei and superheavy nuclei. Describe the new exotic structure in exotic nuclei self-consistently. Explore the shape evolution and possible shell/subshell closure in superheavy nuclei.

原子核量子相变涉及新的动力学对称性、原子核壳结构演化及介观系统相变的有限粒子数效应等重要科学问题，是核物理近年来的研究热点课题之一。原子核低激发谱对于深入认识原子核量子相变以及揭示其微观机制至关重要。特别是，随着加速器的升级换代和探测设备的改进，人们观测到越来越多的奇特核谱学信息，为系统研究原子核量子相变提供了良好的平台。本项目基于过去的工作基础，针对以上热点问题，拟开展以下研究工作：1）发展适用于奇核低激发谱的协变密度泛函理论，自洽包含四极及八极形变自由度，实现对中重原子核低激发谱的统一、微观、自洽描述；2）研究价核子-核芯耦合效应及四极-八极关联效应，分析势能曲面及相变序参量演化规律，揭示相变临界点及动力学对称性；3）系统研究原子核四极、八极形状相变，探讨相变的一般规律及微观机制；4）微观研究奇特核与超重核低激发谱，自洽描述奇特核结构新特性，探索超重核形状演化规律及微观壳结构特征。

量子相变是当今物理学研究的重要前沿课题，特别是奇质量系统量子相变，由于单粒子和集体自由度的耦合而展现出更大的复杂性和趣味性。原子核低激发谱对于深入认识原子核量子相变以及揭示其微观机制至关重要。本项目针对该问题发展了适用于奇核低激发谱的协变密度泛函理论，即微观核心准粒子耦合(CQC)模型，自洽包含了四极及八极形变自由度，实现了对中重原子核低激发谱的统一、微观、自洽描述。采用新发展的理论模型，1). 定量研究了奇核量子相变，再现了相变序参量演化规律，指示奇质量的Eu同位素链存在增强的一阶相变，揭示了奇核量子相变增强的微观机制：核心形状极化效应；2). 系统研究了奇质量Ra同位素链八极形变及宇称双带结构，详细探讨了宇称双带结构的微观机制。此外，基于超越平均场的协变密度泛函理论，我们还对原子核质量、激发谱、形状共存、八极形变开展了系统的研究工作，包括：1). 基于PC-PK1泛函研究了575个偶偶核的动力学关联能，考虑此关联能后，原子核的质量均方根偏差显著降低至1.14MeV；2). 计算了621个偶偶核的低能激发谱和电磁跃迁，很好地再现了实验值，并通过四极形状不变量系统研究了原子核形状共存；3). 研究了Xe、Ba、Ce、Nd、Sm、Gd、Rn、Ra、Th、U、Pu、Cm、Cf、Fm、No等15条同位素链的四极、八极形状演化及低激发谱，指示在(Z, N)≈(56, 90), (90, 136)区域存在稳定八极形变，并预言(Z, N)≈(96, 196)附近可能存在稳定八极形变，同时给出了八极形变产生的微观机理。基于项目的支持，我们还对原子核三轴形变、结团现象、超核结构等开展了原创性的研究工作。