轴对称形变的相对论Hartree-Fock理论及应用

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随着核物理实验与理论的发展,核物理研究从核素图上少数的稳定原子核扩展到数千种不稳定核,不稳定核逐渐成为核物理研究的基础前沿。由于极端的中质比,不稳定核所特有的弱束缚机制对核结构研究提出新的挑战,其中平均场与对关联的统一处理及其相关的连续态效应是不稳定核理论研究的难点。核力是核结构研究中的基础问题,作为一种剩余强相互作用,核力包含中心力、自旋-轨道耦合以及非中心的张量力等成分。目前,介子交换图像是核力最成功的表述之一。作为代表性的核理论模型之一,基于核力介子交换图像建立的相对论平均场(RMF)理论在描述各种原子核现象中十分成功。由于Hartree近似的局限,RMF理论无法考虑重要的π与ρ-张量耦合等自由度,也无法有效处理核力重要成分——张量力的贡献。考虑Fock项后,相对论Hartree-Fock(RHF)理论及其拓展的相对论Hartree-Fock-Bogoliubov(RHFB)理论已实现球对称原子核的准确描述,并能统一处理自旋-轨道耦合与张量力的贡献。然而,核素图上大部分原子核存在偏离球对称的形变。由于形变可以明显改变原子核的微观结构,考虑形变自由度是不稳定核可靠描述的重要前提。针对形变原子核,本文首先利用球对称的Dirac Woods-Saxon(DWS)基,考虑形变自由度,发展了轴对称形变的相对论Hartree-Fock(D-RHF)理论,重点探索了π-赝矢量耦合及其所携带的张量力成分对形变核结构的影响。利用本文发展的D-RHF理论计算程序,以轻核20Ne、中重核56Fe以及重核220Rn为例,分别进行了DWS基空间的截断收敛检验,为D-RHF理论的应用奠定了基础,并分析论证了球对称DWS基的合理性与可靠性。以20Ne为例,结合形状约束计算,通过分析单粒子能级随形状的演化行为,研究指出π-赝矢量耦合及其携带的张量力成分对形变核的微观单粒子结构有着十分重要的影响,所预言的微观结构形状演化系统性与传统理论明显不同。结合RHF理论在处理张量力贡献等方面的优越性,D-RHF理论为探索领域关心的热点问题——形变核中的张量力效应提供了可靠的理论工具。针对形变不稳定核,结合Bogoliubov变换统一处理平均场与对关联的优越性,本文发展了D-RHF理论的扩展——轴对称形变的相对论Hartree-Fock-Bogoliubov(D-RHFB)理论,并分析探索了π-赝矢量与ρ-张量耦合对形变核结构的影响。基于完整考虑Hartree项与Fock项的核力介子交换图像,论文发展了在Bogoliubov准粒子空间量子化核子场的新方案,构建了自然包含RHF平均场与Bogoliubov对势的RHFB理论体系,为后续理论的系统发展奠定了框架基础。由于考虑了介子交换图像中的Fock项以及理论本身的协变性,D-RHFB理论实现了对自旋-轨道耦合、张量力、形变、对关联与连续态的统一处理,为不稳定核研究奠定了坚实的理论基础。以轻核24Mg与中重核156Sm为例,利用所发展的D-RHFB理论程序,通过收敛性检验明确了球对称DWS基的完备性,指出慎重考虑负能态截断对重核描述的必要性。结合耦合道属性的定性分析,指出Fock项引入的ρ-张量与π-赝矢量耦合能显著增强原子核的形变效应,并改善形变核性质的定量描述,如24Mg与156Sm的基态。针对11Be基态的宇称反转现象和11~14Be中的晕结构,基于所发展的D-RHFB理论,利用有效相互作用PKA1成功再现了11Be偶宇称基态与11~14Be中的晕结构,并分析探索了背后的微观物理机制。研究发现,由于ρ-张量与π-赝矢量耦合而显著增强的形变效应是再现11Be正宇称基态和11~14Be晕结构的关键。利用球对称DWS基,指出在从球形向大形变基态的演化过程中,正宇称的1/22+轨道中弱束缚的球形碎片2s1/2形成晕结构,而1d5/2碎片与2s1/2碎片之间的内在吸引关联,不仅增强了1/22+轨道与核心的吸引耦合,保证了11Be偶宇称基态的正确描述,同时也稳定了11~14Be中弥散的晕中子分布。通过对11Be宇称反转和11~14Be晕结构统一物理机制的探索,不仅加深了我们对于核力属性的理解,同时也为理解不稳定核中的形变晕提供了新的微观图像。
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