壳模型不确定度及其对核结构性质影响的研究

The study of the uncertainty of a nuclear structure model is a new and popular topic in recent years. It is helpful for understanding the model itself and evaluating its predictive power. The shell model can describe both the stable and drip-line nuclei. But its uncertainty is rarely investigated. The present project aims to systematically study the uncertainty of the shell model based on the newest experimental data obtained from the radioactive isotope beam facility, investigate the influence of the uncertainty on nuclear structure properties, and evaluate the predictive power of the shell model. Starting from the light mass nuclei and further including the medium mass nuclei, the project plans to systematically investigate the uncertainty of the parameters of the different effective interactions and their distributions in the parameter space based on the existing Hamiltonians and the nuclear structure properties. The constraint from the nuclear structures is investigated on effective interactions. The effective interactions with uncertainty are thus constructed. These effective interactions can be used to study the nuclear structures properties of light and medium mass nuclei, especially the nuclei far from stability line. The properties include binding energies, separation energies, levels, electromagnetic transitions, β decay, and spectroscopic factors. The influence from the uncertainty of the effective interaction is investigated on the description of the nuclear structures. The uncertainty of the shell model is estimated and the predictive power of the shell model is evaluated. The present project is based on the previous work of applicant and important on the development of the uncertainty theory of the shell model and the understanding of the relationship between nuclear force and nuclear structure.

核结构模型的不确定度研究方兴未艾，它有助于深入理解模型本身和评估其预言能力。壳模型能够描述从稳定核到滴线核的性质，其不确定度研究尚少报道。本项目拟结合放射性核束装置上最新的实验数据，系统研究壳模型的不确定度及其对核结构性质的影响，定量评估壳模型的预言能力。先在轻质量核区并进一步包含中等质量核区，从现有的哈密顿量和已知的核结构性质出发，系统研究多种形式有效相互作用参数在参数空间的分布及其相关性，探索核结构性质对有效相互作用的限制，建立包含不确定度的有效相互作用。进而，应用这些有效相互作用系统计算轻质量和中等质量原子核的结合能、分离能、能谱、电磁跃迁、β衰变、谱因子等性质，尤其关注远离稳定线的原子核，探索有效相互作用不确定度对核结构性质的影响，定量估计壳模型的不确定度并评估其对未知性质的预言能力。本项目在申请人原创工作基础上开展，对发展壳模型理论以及深入理解核力与核结构的关系等问题有重要意义。

本项目的主要研究内容分为三部分：.A、描述原子核多种性质解析公式的不确定度研究。在核理论不确定度研究中提出基于自举(bootstrap)统计方法估计统计和系统两类不确定度。开展了用于描述原子核结合能、半径、α衰变、β衰变等性质公式的不确定度研究。对α衰变，使用自举统计方法研究α衰变公式的理论不确定度，发现统计研究有助于物理分析，如210Pb的中子数为128，但统计结果表明其α衰变性质与中子数小于等于126的核更相似，与物理分析一致。.B、中、重核区谱学性质与有效核力之间的关系及不确定度的研究。发现中重核区域质子质子相互作用与中子中子相互作用强度不等。中重核区域如132Sn和208Pb附近的多数核中，质子和中子位于不同壳层。初步研究表明，可以用一个有效核力统一描述132Sn和208Pb的同中素和同位素，但考虑质子质子相互作用比中子中子相互作用的强度高约10%可以降低标准差。.C、轻核中跨壳激发以及中重核新核素和新同核异能态的物理研究。在轻核方面，参与发现新核素18Mg并提供理论分析，参与11Be、12Be、17B、16C、22Si、26Si、27S等核的晕结构、跨壳激发、β衰变谱学等研究工作。在中重核方面，参与发现新核素214U并提供理论分析，揭示其α衰变增强源于个别轨道间质子中子相互作用的增强。参与123,125,127Ag、101,134In、120,122I、218Pa等核新同核异能态的发现和相关的壳演化分析。.基于本项目的资助，项目团队深入研究壳模型有效相互作用及核理论不确定度等方向，共发表标注资助论文48篇，其中SCI收录论文44篇，包含5篇PRL(2篇发现新核素论文入选编辑推荐和亮点论文)、6篇PLB、16篇PRC(其中4篇快讯)、1篇SCPMA、5篇CPC、1篇CPL、1篇NST、7篇核能领域SCI论文等。另外，在资助期间，申请人获得中国核物理学会胡济民教育科学奖、Chinese Physics C优秀审稿人奖(2019和2021年度两次)。项目团队所发展的相互作用在原子核结构性质研究领域被广泛使用，被国内外30多个单位的超过40个团队使用。项目资助期间已培养硕士18人，目前在读博士2人、硕士5人。