基于含交换项协变密度泛函的超核物理研究

In nuclear physics, the hypernuclei, which include extra hyperons in ordinary atomic nuclei, are crucial system for the experimental and theoretical studies on the internal structure of nuclei and the nature of baryon-baryon interaction in medium. Based on the relativistic Hartree-Fock approximation, we plan to establish the covariant density functional theory with Fock terms including hyperon-related degree of freedom, and investigate possible new phenomena and new physics in the hypernuclei systems. With the energy density functional constrained by recent experimental data of hypernuclei, a systematic study on the structure of Λ and Ξ hypernuclei will be carried out to obtain the information on the hyperon-nucleon and hyperon-hyperon interactions in the nuclear medium. With the appropriate theoretical description of the bulk properties, the shape and deformation and microscopic structure of the hypernuclei, several new exotic feature will be studied systematically, such as the shrinkage of size, the change of shape and the hyperon halo, so as to find the sensitive observable to the occurrence of hyperon. The new physics in the hypernuclei corresponding to the Fock terms, such as the new balance of nuclear force and self-consistent tensor effects embedded in the exchange terms, will be investigated as well. It is expected that the work will build a way to the construction of a self-consistent description of the structure of hypernuclei, namely the relativistic Hartree-Fock covariant density functional approach with the inclusion of strangeness degrees of freedom, and provide valuable reference and suggestion for the new experiment of hypernuclei.

在原子核物理中，含超子的超核系统为了解原子核内部微观结构以及核介质中重子-重子相互作用的自然属性提供了重要的实验与理论平台。项目拟基于相对论Hartree-Fock近似，构建适用于超核结构研究的含交换项的协变密度泛函理论，并探索超核系统中可能存在的新奇现象与新物理。首先，项目将利用已有超核实验数据，约束超子相关的能量密度泛函，并通过Λ和Ξ超核结构的系统研究，获取核介质中超子-核子、超子-超子相互作用的有效信息。结合理论对超核大块性质、几何形状与微观结构的描述，系统探索超核结构中可能存在的新奇现象，如尺寸收缩、形状演变以及超子晕等，并寻找超子作用敏感的物理观测量；同时，明确交换项相关的新物理，如交换项导致的核力新平衡以及自洽张量力效应等。项目将为超核结构的自洽统一描述提供新的理论平台，即含奇异自由度的RHF协变密度泛函，相关研究成果也将为即将开展的超核物理实验探索提供有价值的理论参考和建议。

超核结构研究是当前不稳定核特性研究的前沿热点之一，帮助人们理解核介质中重子—重子相互作用的基本性质。发展超核相关的相对论核多体模型，深入研究其中有效相互作用在复杂核介质中的特性，探索核力新平衡、自洽张量力等交换项引起的新物理，并在原子核形变、中子星结构等方面拓展应用，是本项目具体开展的工作。项目研究了核介质中核力的吸引与排斥平衡特征，发现影响赝自旋对称性恢复的微观新机制，发展新的相对论平均场有效核力解决Z=58和92假壳结构问题，揭示热核物质液气相变中临界温度、相图等的核力相关依赖性。在含交换项的协变密度泛函理论发展方面，建立了球对称Λ超核与Ξ超核结构的相对论Hartree-Fock(RHF)理论描述，发现考虑交换项后核力平衡机制对于超子自旋—轨道劈裂的重要影响，建立并完善了轴对称形变的RHF理论，揭示了影响形变核结构的张量力机制。基于多任务学习神经网络的机器学习算法成功描述了原子核中巨偶极共振的关键参数，为光核数据实验与评价提供可靠的理论预测。此外，基于协变密度泛函理论，采用不同的有效核力构建方式，还研究了核物质对称能、中子星质量—半径关系等性质，并通过核物理实验及天文观测数据约束核力的密度、同位旋等特性。项目工作进一步拓展了以RHF近似为基础的核结构理论研究平台，并深化了对核力与核多体方法等核物理基本问题的理解。.项目在Phys.Lett.B, Phys.Rev.C, Chin.Phys.C等期刊上发表基金标准论文13篇，其中赝自旋对称性研究论文被期刊Phys.Rev.C遴选为Editors'Suggestion，采用多任务神经网络方法描述原子核巨偶极共振关键参数的研究论文得到Rev.Mod.Phys.等综述文献的引用和评述。利用项目支持，培养毕业学术学位硕士生4人、专业学位硕士生1人、学术学位博士生1人。