不同密度下核对称能的理论研究

Nuclear symmetry energy is closely related to many issues in nuclear physics and astrophysics, such as nuclear binding energy, medium energy heavy-ion reaction, structure and composition of neutron star etc. Currently the properties of symmetry energy under different densities are not very clear, especially at the regions far away from the saturation density, and much more researches are needed. The present project is focused on the information of symmetry energy under different densities. By using the new experimental data, the symmetry energy under different densities will be constrained. At the saturation density region, the symmetry energy will be extracted from the optical potential, nuclear mass, decay energy and half-life of cluster emission. At the region below the saturation density, the nuclear cluster model will be further developed to analyze the cluster effects for finite nuclei or nuclear matter with different isospin asymmetry and to constrain symmetry energy in low density region. At the high density region, we will investigate the effects of short-range correlation induced by the tensor force on the nucleon momentum distribution, average kinetic and potential energies of asymmetric nuclear matter, especially on the kinetic and potential parts of symmetry energy. The key physical mechanism under different densities will be identified in order to obtain the complete picture of symmetry energy.

原子核对称能与核物理以及天体物理中的许多问题密切相关，如原子核结合能，中能重离子反应，中子星组成与结构等。目前对不同密度下的原子核对称能的性质还不十分清楚，特别是远低于或远高于核物质饱和密度的区域，还需要进行大量的研究工作。本项目将从理论上系统研究不同密度下对称能的信息，并结合最新的实验数据，来约束不同密度下的对称能。在饱和密度附近，拟进一步利用从实验数据中提取的光学势，原子核质量，结团发射衰变能和寿命等来约束饱和密度处的对称能。在低于饱和密度区域，发展核结团模型，分析结团效应对不同的同位旋不对称度的原子核（核物质）的影响，来进一步约束低密度区的对称能。在高密度区域，研究张量力导致的短程关联对于非对称核物质的核子动量分布，平均动能和势能的影响，特别是对核对称能的动能和势能部分的影响，澄清在不同密度下的一些起关键作用的物理机制，从而获得对称能随密度变化的完整的物理图像。

原子核对称能对核物理和天体物理中的许多问题非常重要，不同密度下的原子核对称能仍存在较大不确定性，特别是远离核物质饱和密度的区域。除了二阶对称能，最近的研究指出，四阶对称能在天体物理中也有重要作用，如对β稳定型的中子星中的质子占比、直接乌尔卡过程的临界密度、中子星的冷却过程等产生影响。本项目从理论上系统研究了不同密度下的对称能，并结合最新的实验数据，约束了不同密度下的对称能。在完成原定研究计划的基础上，还进一步对轻核的结团结构、重核的衰变和重离子熔合反应等内容进行了研究。利用不稳定原子核的质子放射性和重离子结团放射性的相关实验数据，提取了光学势的相关性质，从而约束了饱和密度处二阶对称能和四阶对称能以及它们的斜率值；利用2β-衰变的最新衰变能数据，进一步提取了二阶对称能和四阶对称能在饱和密度处的值。利用幺正关联算符方法处理核子间的短程关联效应，并利用高动量核子对方法处理核子间的高动量成分，研究了核子关联效应对原子核对称能的影响。发展了新的核结团模型-四核子波函数模型，发现结团只能在核的低密度区形成，而在高密度区结团会发生溶解，给出了结团形成的微观图像，对理解低密度区域原子核对称能有帮助。利用BUU输运模型，研究了轻体系12C+12C碰撞反应和重体系124Sn+124Sn碰撞反应中核子动量分布的高动量成分，发现由短程关联和张量关联导致的高动量成分对于原子核很多性质重要。在本项目的资助下，在国内外期刊上共发表论文28篇，其中包括 Physics Letters B 1 篇，Physical Review C 13 篇，Journal of Physics G 2篇，Nuclear Physics A 2 篇。