少核系统的有效场论

The ultimate goal of building effective field theories (EFTs) for nuclear physics is to obtain model-independent descriptions for low-energy nuclear reactions and bound states. To be more specific, what we would like to achieve for the theory is to control uncertainties of theoretical predictions in a systematical fashion, which is not, however, straightforward to do for traditional, phonomenological nuclear-force models. Nucleon-nucleon scattering - the most fundamental problem in nuclear physics - is the starting point for studying nuclear forces. After a successful study of two-nucleon system, we plan to tackle three-nucleon system. Although there are existing works on nuclear forces that are too based on chiral effective field theory, the novelty of our study is that renormalization group invariance of observables, e.g., scatting amplitudes, is strictly enforced, which constrains EFT calculations in an important and nontrivial way. We expect this study will advance our understanding of effective field theories for not only nuclear but strong-interacting systems in a broad sense. Aside from theoretical interestes, our results will have impact for other fields in nuclear physics. For example, physicists studying nucleosynthesis, solar nuclear reactions, other astrophysical processes will benefit from our works.

在核物理中应用有效场论的终极目标是为了对各种核反应或者束缚态的能谱进行模型无关的描述。更直接的说，是为了控制理论预言中的误差，而这在传统的唯象模型中不易实现。核核散射作为核物理里的最根本问题，是研究核力的基本反应，因此我们将其选择为研究的出发点。在这个课题告一段落以后，我们将对三体核力继续进行探索。虽然国际上已有基于手征有效场论的对核力的研究工作，我们的创新体现在严格贯彻renormalization group invariance(重整化群标度不变性）的原则，使其对有效场论计算作出重要限制。 该项目对强相互作用系统的有效场论的进一步理解将有相当的推动，对其在其它强相互作用系统中的应用会有重要的参考价值。除了这些理论上的兴趣，我们的成果对其它核物理研究领域也将很有价值。比如原初核合成，太阳核反应以及其它天体物理过程都会从我们的研究中获益。

量子色动力学(QCD)是强相互作用的基本理论，但是QCD在与核物理相关的能标下成为极其复杂的强耦合系统。因此，“从QCD推导核物理”需要一些介于两者之间的技术手段，它们既能接受QCD的理论结果为输入（比如格点QCD数值模拟得到两核子在有限体积下的能级），又能提供处理少核子或者多核子体系所必须的核子相互作用哈密顿量。手征有效场论正是这样一种技术手段。在本项目及其延续研究中，我们的长远目标是构建既满足重整化标度不变的要求，又能准确描述核子-核子散射数据的现代手征核势，并在涉及轻核的核反应与核结构计算中加以应用。具体到即将结题的本项目，最主要的成果有二：1. 提出了“双重子辅助场”的方案来描述中心核力的短程部分，解决了长久以来困扰核物理学家的中心力的能量依赖特性， 除了极好地在领头阶描述1S0分波的相移以外，其优点是同时具备手征对称性与重整化标度不变；2. 开发了计算核子-核子散射实验数据chi square的软件包。它以各分波相移为输入，然后计算微分截面以及多达十几种的各种极化观测量，并能自动计算数千个核子-核子数据点对应的chi square.