多参考态协变密度泛函理论对奇奇核低激发谱的研究

One of the key issues in current nuclear physics research is to investigate the structure and decay properties of atomic nuclei under extreme condition. Density functional theory (DFT) has been widely adopted in the study of nuclear structure and it has been a unique microscopic method capable of describing all nuclei on the entire nuclear chart. Since the beginning of 21 century, nuclear DFT has been extended from single-reference (configuration) to multi-reference with projections and has become one of the most important microscopic methods for nuclear low-lying excited states. However, the multi-reference DFT is mainly restricted to even-even nuclei. In this project, we plan to extend our multi-reference covariant DFT (MR-CDFT) to provide a unified description of the low-lying states for both even-even and odd-odd nuclei by extending model configuration space. On one hand, the extended MR-CDFT will be applied to study the low-energy structure of even-even and odd-odd nuclei in a systematic manner, examining further the beyond mean-field effects on nuclear structure, studying the interplay of single-particle and collective motions, shape coexistence and shape evolution, isospin symmetry breaking, and disclosing nuclear shell-structure evolution from the spectroscopic point of view. On the other hand, the extended MR-CDFT will be applied to study nuclear weak processes related to the nucleosynthesis in astrophysics and the neutrino effective mass, examining the effects of symmetry restoration and configuration mixing. Particular attention will be paid to the influence of shape coexistence on nuclear weak processes.

极端条件下核结构及其衰变性质是当今核物理学研究最重要课题之一。密度泛函理论被广泛应用于核结构研究，也是目前可以应用于整个核素图上几乎所有原子核研究的唯一微观方法。自二十一世纪初以来，原子核密度泛函理论从单参考态（组态）推广到投影的多参考态形式，成为研究原子核低激发态最重要的微观方法之一。然而，多参考态密度泛函理论的研究对象主要局限在偶偶核。本项目拟通过扩展组态空间，推广多参考态协变密度泛函理论，实现偶偶与奇奇核低激发态的统一描述。一方面，应用拓展的理论模型系统研究偶偶与奇奇核低激发结构，进一步探讨超越平均场效应对核结构的影响，研究单粒子与集体运动耦合、形状共存与形状演化以及同位旋对称性破缺等热点问题，从谱学角度揭示原子核壳结构演化规律。 另一方面将拓展的理论模型应用于与天体核合成过程以及中微子有效质量有关的弱衰变过程研究，探讨对称性恢复与组态混合效应，着重研究形状共存对核弱衰变过程的影响。

原子核低激发态反映丰富的核结构信息，与许多重要的物理现象密切相关。多参考态密度泛函理论通过引入投影技术以及形状混合效应，在原子核低激发态研究方面取得很大成功。 在本项目的资助下，我们进一步拓展多参考态协变密度泛函理论，并将其应用于原子核壳结构演化，四极-八极集体激发，核子结团现象以及无中微子贝塔衰变等物理问题。理论模型发展方面具体包括：1）基于投影技术以及生成坐标方法，通过混合准中子-准质子组态，发展了适合于奇奇核激发谱的理论框架及其程序。2）通过引入宇称投影，将多参考态协变密度泛函理论推广适用于描述原子核四极-八极集体激发的完全微观的理论模型。3）通过引入超子自由度，将多参考态协变密度泛函理论推广应用于描述超核低激发态。在理论模型应用方面做了如下具体工作：1）研究了具有八极形变的原子核(Ra, Ba 同位素)中正负宇称能级劈裂，揭示了其劈裂大小随自旋增加而减小的物理机制。2）研究了轻核区核子结团现象，揭示了20Ne中类分子结构16O+4He随自旋增加而减弱的物理图像及其内在机制。3）系统研究了超核能谱随核芯由球形逐渐过渡到形变过程的演化行为，揭示了超核负宇称态中组态混合由弱变强的物理图像。4）探讨了八极形变对无中微子双beta衰变矩阵元的影响。5）研究了动力学耦合效应对中子数N=126丰中子原子核质量以及中子分离能的影响，探讨了其对快中子俘获中元素丰度的可能影响。在该项目的资助下，共发表SCI论文23篇以及会议文集2篇，联合培养博士生1名，研究生5名。