单双核子分离能简单规律和简单解释

单/双核子分离能简单规律和简单解释赵玉民上海交通大学“Whatistheoriginofsimplepatternsincomplexnuclei?"“复杂的原子核简单规律的起源是什么？”——美国2008年核科学前沿：长期 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 研究工作简介研究领域：►原子核结构简单性及其微观起源最近以我们为主的工作[2011-2012]原子核壳模型哈密顿量本征值近似解[2007-至今]Shenetal.,PRC83,044322;PRC85,024301.随机相互作用的原子核结构[2000-至今]Leietal.,PRC83,024302;PRC83,044302;Fuetal.,preprint.原子核壳模型的配对近似理论[1992-至今,博士论文的主要内容]Leietal.,PRC84,044301;Leietal.,Preprint;Jiangetal.,JPG38,045103;PRC84,034302;Preprint.Fuetal.,twopreprints[同位旋守恒的配对近似].ZhaoandArima,preprint(submittedtoPhysicsReports).原子核质量及相关问题[2010至今]Fuetal.,PRC84,037305;preprint.Jiangetal.,PRC85,024301;PRC85,054303;PRC86, 014327.质子中子相互作用[1993至今]Leietal., PRC83,044302;preprint.Fuetal.,PRC84,037305.主要内容[抛砖引玉]工作的切入点分离能的规律性核力的分解、结合能公式小结我们工作的切入点分离能等物理量的研究很受重视.我们关心分离能[separationenergy]的历史很短[2011年]:它和原子核结合能有密切关系.从2010年开始我们比较关心原子核的质量的预言,顺带地对于分离能也有所关注.尽管这个报告针对的是分离能的规律,但是我希望用一张透明片说明我们对于原子核质量预言的思路.关于原子核质量,兰州所作测量;近年国内理论关心比较活跃的有王宁、任中洲、左维、孙宝华等，也包括我们自己[新网友]；作平均场的许多同行[如周善贵等]也关心核质量问题。最后i个质子和j个中子之间的相互作用[张敬业等;高早春&陈永寿],呈现出系统规律.如果事先知道这些相互作用,那么可以用上面的关系外推未知的原子核质量[或结合能].Itworksremarkablywell!!!我们关于分离能的切入点我最近在阅读Casten组在1996年的一篇文章[PhysicalReviewC54,R2815(1996)]时，有些疑问:偶偶核的分离能看起来这么漂亮？对于奇A核和奇奇核如何？Jiang,Fu,Bao,He,Zhao,Arima,PRC86,014327(2012).用质量公式尝试说明以上结果Bethe-Weizsacker质量公式[王宁]：大的奇偶差与实验差别>~0.2MeV;小的奇偶差与实验差距~0.1MeV[对于A~190].双核子分离能也有线性规律；劈裂消失线性关系的误差利用线性规律预言分离能[1]H.Jiang,G.J.Fu,M.Bao,Z.He,Y.M.Zhao,andA.Arima,Phys.Rev.C86,014327(2012).如何理解？思路：把原子核的结合能写成所有相互作用的合成。其中我们把对力和非对力分开，分别表示，并观察每一个相互作用的系统性。由此观察奇偶差以及线性关系的来源。质量的奇偶性来源于对力，所以我们用奇偶性定义经验的对力。经验的相互作用公式定义经验的质子-质子对力和非对力，中子-中子对力和非对力质子-质子非对力：质子-质子对力：质子-中子非对力：10质子-中子对力：[1]G.J.Fu,M.Bao,Z.He,H.Jiang,Y.M.Zhao,andA.Arima,tobepublished.经验相互作用的系统性(1)同类核子非对力：微弱的排斥力；变化平缓；Wigner效应；主壳(8,20,28,50,82,126)；壳层演化(16,Z=40,Z=64)；相变经验相互作用的系统性(2)质子-中子对力和非对力,同类核子对力：质子分离能近似公式把上述6种经验相互作用“定义”结合能：近似：在局域范围内，每种经验相互作用强度不变得到分离能公式（以质子分离能为例）：对力与劈裂在130区，~2.9MeV(偶Z核)，=0(奇Z核)；~0(偶偶核)，~-0.3MeV(偶奇核)，~0.3MeV(奇奇核)，~0(奇偶核)。双质子分离能劈裂抵消。在局域范围内，这是一项也是常数（常数）（常数）[1]G.J.Fu,M.Bao,Z.He,H.Jiang,Y.M.Zhao,andA.Arima,tobepublished.分离能优势：(1)简单；(2)对于壳层演化非常敏感，异常处即是结构演化剧烈的区域。SnBaSmHfPb5791113151719212325525660646872768084889296100104108112116120124128132NeutronNumberS(2n)MeV[1]R.F.Castenetal.利用线性规律预言分离能对于壳层演化非常敏感，可以揭示但无法预言新的幻数和相变。Audi的外推方法和我们用np相互作用外推方法也面临同样的问题。AME预言较差的区域，我们这里和用np相互作用外推方法预言也不好[1]。简单.仅仅从经验上看,在有些区域预言的精度很高.[1]G.J.Fu,Y.Lei,H.Jiang,Y.M.Zhao,B.Sun,andA.Arima,Phys.Rev.C84,034311(2011).总结我们这里指出一些过去没有完全被注意和整理的的一些实验规律，这些规律非常简单，在某些区域对于外推预言未知的分离能有帮助[似乎不错]。如果我们定性地把对力和非对力分开，利用这些相互作用实验规律，那么这些分离能的简单规律很容易理解。简单的质量公式能定性理解这些规律。谢谢大家！分离能的理论现状(1)使用质量公式得到分离能：AtomicMassEvaluations(AME)[1];Duflo-Zuker模型[2];单极相互作用+形变作用+子壳修正FRDM模型[3]~350keV;常数+体能+表面能+曲率能+对能（+电子能量）+库伦修正（其中包括：库伦能，库伦交换能，质子形状因子对库伦能的修正，电荷反对成能，Wigner能，库伦作用引起的体积和表面重新分布）[1]G.Audi,A.H.Wapstra,andC.Thibault,Nucl.Phys.A729,337(2003);G.AudiandM.Wang(privatecommunication).[2]J.DufloandA.P.Zuker,Phys.Rev.C52,R23(1995).[3]P.Moller,J.R.Nix,W.D.Myers,andW.J.Swiatecki,At.DataNucl.DataTables59,185(1995).分离能的理论现状(2)Garvey-Kelson局域质量关系[1]；已知相邻六个原子核质量之间的代数关系，外推预言原子核质量半经验宏观-微观公式[2]；基于修正的Weizsacker经验公式+形变修正+微观壳修正+其余修正（包括：镜像核修正、进一步的对力修正，以及三轴形变修正）相对论平均场[3]；质量误差~2MeV，分离能误差~650keV[1]G.T.GarveyandI.Kelson,Phys.Rev.Lett.16,197(1966);G.T.Garvey,W.J.Gerace,R.L.Jaffe,I.Talmi,andI.Kelson,Rev.Mod.Phys.41,S1(1969).[2]M.Liu,N.Wang,Y.Deng,andX.Wu,Phys.Rev.C84,014333(2011).[3]L.S.Geng,H.Toki,andJ.Meng,Prog.Theor.Phys.113,785(2005).分离能的理论现状(3)直接计算分离能：简单参数化经验公式[1];450~650keV+对能+壳修正基于质子中子相互作用的局域质量关系[2];研究邻近四个原子核质量之间的代数关系，外推预言分离能(每步外推只累加一个原子核数据的实验误差)[1]K.Vogt,T.Hartmann,A.Zilges,Phys.Lett.B517,255(2001);[2]H.Jiang,G.J.Fu,B.Sun,M.Liu,N.Wang,M.Wang,Y.G.Ma,C.J.Lin,Y.M.Zhao,Y.H.Zhang,ZhongzhouRen,andA.Arima,Phys.Rev.C52,R23(1995).各种各样的模型和公式，修正主要集中在对能修正、形变修正和壳修正上。除了精确计算外，有没有什么简单的系统规律？核子分离能的线性规律(1)[1]G.Streletz,A.Zilges,N.V.Zamfir,R.F.Casten,D.S.Brenner,andBenyuanLiu,Phys.Rev.C54,R2815(1996).偶偶核单核子分离能：同类核子排斥质子中子吸引可以被Weiszacker公式近似重现