零中微子双beta衰变的相对论生成坐标方法研究

Nuclear neutrioless double beta decay is a lepton-number- violation weak process, which provides an important way to determine the effective neutrino mass and search for new physics beyond the standard model. It has become one of the most important hot topics in cosmology,particle physics and nuclear physics. Although the neutrinoless double-beta decay has not been observed yet, many experimental groups have been devoted into building the next generation facility to measure the neutrioless double beta decay further. A precise calculation of nuclear matrix element(NME)in nuclear neutrioless double beta decay is very important for determination of the effective neutrino mass.In this project, the generator coordinate method (GCM) will be introduced into the covariant density functional theory to calculate the NME.On one hand, the formulism for the NME in relativistic case will be derived and the numerical calculation code will be made and be applied to a systematic study of NMEs in candidate nuclei. On other hand, by comparing with the results of other models, the influences of nuclear deformation, symmetry restoration, configuration mixing and relativity on the NME will be discussed. Finally, the best candidate nucleus will be selected out for the upcoming next-generation experimental measurements.

原子核零中微子双β衰变是轻子数破坏的弱过程，为确定中微子有效质量、寻找标准模型之外的物理提供了重要的途径,成为宇宙学、粒子物理与原子核物理等多学科交叉研究中最重要的热点课题之一。尽管实验上还没有观测到零中微子双β衰变现象，世界上许多大实验组均在积极致力于建造下一代实验装置，进行零中微子双β衰变过程的进一步探测。准确计算原子核零中微子双β衰变矩阵元对精确定出中微子有效质量具有重要的意义。在本项目中，首次基于协变密度泛函理论，引入生成坐标方法考虑形变混合效应，计算零中微子双β衰变中核矩阵元。一方面，推导零中微子双β衰变矩阵元在相对论情况下的表达式，建立相应的数值计算程序，系统计算零中微子双β衰变候选原子核中的矩阵元。另一方面，通过对比已有模型的计算结果，讨论原子核形变、对称性恢复、组态混合、相对论效应等对核矩阵元的影响。最后，寻找零中微子双β衰变最佳候选原子核，为下一代实验观测提供参考。

原子核零中微子双β衰变为确定中微子有效质量、寻找标准模型之外的物理提供了重要的途径，成为宇宙学、粒子物理与原子核物理等多学科交叉研究中最重要的热点课题之一。准确计算原子核零中微子双β衰变矩阵元对精确定出中微子有效质量非常关键。本项目基于协变密度泛函理论，引入生成坐标方法考虑形变混合效应，采用完全相对论的跃迁算符，计算了10个零中微子双β衰变候选核的核矩阵元。具体工作包括（1）推导了交换轻中微子衰变机制下的零中微子双β衰变矩阵元的相对论表达式，建立了相应的数值计算程序，系统计算了零中微子双β衰变矩阵元，并且给出了中微子有效质量的上限。（2）定量讨论原子核形变、对称性恢复、组态混合、相对论效应以及张量衰变算符等对核矩阵元的影响。 此外，在本项目的资助下我们广泛地开展了其他相关核物理的研究工作，包括超核低激发谱，76Kr激发谱中三轴形变效应，动力学耦合对46Ar中“气泡”结构的减弱效应，原子核八极集体激发等。本项目共发表论文 17篇，培养硕士生3名。