原子核理论模型的研究进展

江苏激光联盟导读：

本文研究了原子核理论模型的研究进展。

原子核是一颗难啃的坚果。构成它的质子和中子之间的强烈相互作用取决于许多量，而这些粒子，统称为核子，不仅受到两体力的影响，也受到三体力的影响。这些特征和其他特征使原子核的理论建模成为一项具有挑战性的工作。

从上面看到的ISOLDE设施。来源：CERN

然而，在过去的几十年里，试图从第一性原理描述原子核的从头开始理论计算，已经开始改变我们对原子核的理解。与传统的核模型相比，这些计算需要的假设更少，而且它们具有更强的预测能力。也就是说，因为到目前为止，它们只能用来预测在一定原子质量下原子核的性质，它们不能总是与所谓的DFT计算相比较，DFT计算同样是基础和强大的，而且已经存在了更长的时间。这样的比较对于建立一个全面适用的核模型至关重要。

刚刚发表在《Physical Review Letters》的一篇论文中,一个国际研究小组在欧洲核子研究中心的CERN's ISOLDE设施显示出一种独特的高质量的实验数据。

(a) 65Ni共振的频率-时间谱，(b)时间离子束结构，(c)激光光谱共振谱。(d) 70Ni的共振。

“我们的研究表明，从第一性原理出发的精确核理论不再是一个梦想，”CERN的Stephan Malbrunot说，他是这篇论文的第一作者。“在我们的工作中，计算结果与我们的镍核ISOLDE数据一致，在一个小的理论不确定性范围内。”

Malbrunot及其同事在ISOLDE利用一套实验方法，包括一种检测短寿命原子在激光照射下发出的光的技术，确定了一系列短寿命镍核的（电荷）半径，这些核具有相同数量的质子28，但中子数不同。这28个质子填充了原子核内的一个完整的壳层，导致原子核比其相邻的原子核更牢固、更稳定。这种“神奇”核是核理论的优秀测试案例，就其半径而言，镍核是最后一个未被探索的神奇核，其质量在可以进行从头算和DFT计算的质量区域内。

Ni同位素相对于60Ni的核电荷半径Rc (a,c)和微分δ r2c⟩60,a (b,d)作为参考。将实验数据与理论结果进行了比较。

将ISOLDE半径数据与三次从头计算和一次DFT计算进行比较，研究人员发现，计算结果与数据一致，而且彼此一致，理论不确定性在百分之一以内。

“在这种精度水平上达成的协议表明，最终将有可能建立一个适用于整个原子核图的模型，”Malbrunot说。

从上面看到的ISOLDE设施。

来源：Nuclear Charge Radii of the Nickel Isotopes Ni58 68,70, PhysicalReview Letters (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.022502

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