原子核基態(tài)電四極矩的理論計(jì)算.pdf

1、原子核電四極矩(nuclear electric quadrupole moment，NQM)是探測(cè)原子核電荷分布偏離球?qū)ΨQ程度的物理量，是表征核素基本性質(zhì)的重要參數(shù)之一，也是理解核物質(zhì)結(jié)構(gòu)，檢驗(yàn)核模型、核子-核子相互作用等重要的基本觀測(cè)量之一。經(jīng)過(guò)幾十年的研究，人們對(duì)電四極矩有了一定程度的了解，并發(fā)展了多種微觀的計(jì)算方法，但到目前為止，其理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)量仍不盡完善。目前大部分電四極矩的理論研究主要針對(duì)某些同位素鏈或者某幾個(gè)核素，同時(shí)

2、，許多電四極矩的理論值與實(shí)驗(yàn)值仍然存在較大的分歧。
　　對(duì)原子核電四極矩調(diào)研表明，目前已測(cè)基態(tài)電四極矩核素?cái)?shù)目?jī)H占已測(cè)基態(tài)質(zhì)量核素?cái)?shù)目的22％左右，因此，對(duì)原子核電四極矩展開(kāi)理論研究并給出理論預(yù)言非常必要。本文主要對(duì)電四極矩開(kāi)展了以下幾方面的研究工作。(1)基于原子核內(nèi)稟電四極矩的積分表達(dá)式，經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的推導(dǎo)，給出了系統(tǒng)地計(jì)算電四極矩的普適性公式，該公式密切依賴于原子核的自旋I、核電荷數(shù)Z、質(zhì)量數(shù)A、核電荷半徑RC以及形變參數(shù)

3、（β2，β4）。此理論公式通過(guò)最新的核電荷半徑RC(均方根偏差為0.022fm)的表示形式，考慮了核殼效應(yīng)、同位旋效應(yīng)等影響。(2)應(yīng)用本文給出的公式對(duì)原子核基態(tài)電四極矩進(jìn)行理論計(jì)算，基于Weizs(a)cker-Skyrme(WS)宏觀-微觀核質(zhì)量模型(WS3.2、WS*、WS3.6、WS4)以及Hartree-Fock-Bogolyubov(HFB)微觀核質(zhì)量模型(HFB21、HFB27*)給出的形變參數(shù)計(jì)算了527個(gè)(Z≥8A≥1

4、6)原子核基態(tài)電四極矩。重點(diǎn)討論了基于質(zhì)量精度最高的WS4模型(原子核質(zhì)量均方根偏差為0.298MeV)和HFB27*模型(原子核質(zhì)量均方根偏差為0.500MeV)給出的形變參數(shù)計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值之間的差異，其均方根偏差分別為0.552b和0.657b，平均偏差為0.309b和0.404b。許多核素理論計(jì)算結(jié)果能夠很好地再現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)值，較輕核區(qū)域電四極矩均方根偏差較小，較重核區(qū)域電四極矩均方根偏差較大。另外分別比較了奇偶核、偶奇核以及奇奇核

5、的均方根偏差，奇奇核的均方根偏差最大，偶奇核較大，奇偶核最小。此外，還比較了38個(gè)幻數(shù)核基態(tài)電四極矩，基于WS4模型和HFB27*模型給出的形變參數(shù)計(jì)算結(jié)果的均方根偏差分別為0.271b和0.226b，比總的527個(gè)核基態(tài)電四極矩均方根偏差小得多，說(shuō)明了我們的計(jì)算公式中通過(guò)核電荷半徑來(lái)考慮其殼效應(yīng)及同位旋效應(yīng)是合理的。(3)本文的計(jì)算結(jié)果與微觀殼模型計(jì)算結(jié)果以及最小二乘法擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較?；赪S4模型給出的形變參數(shù)計(jì)算結(jié)

6、果與微觀殼模型計(jì)算結(jié)果以及最小二乘法擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果相差甚微，基于HFB27*模型給出的形變參數(shù)計(jì)算結(jié)果稍差一些。(4)電四極矩與核電荷半徑密切相關(guān)，本文分別利用核電荷半徑的實(shí)驗(yàn)值與理論值作為輸入量計(jì)算了核電四極矩，以WS4和HFB27*模型為例，對(duì)同時(shí)具有電四極矩及核電荷半徑實(shí)驗(yàn)值的385個(gè)核素進(jìn)行對(duì)比，其均方根偏差分別是0.477b和0.598b，說(shuō)明核電荷半徑的精度對(duì)電四極矩的影響非常大。(5)利用本文給出的電四極矩普適性計(jì)算

7、公式，對(duì)161個(gè)已知核基態(tài)自旋且未測(cè)核基態(tài)電四極矩的原子核進(jìn)行了理論預(yù)言，在一定程度上擴(kuò)充了核電四極矩的數(shù)據(jù)。較輕核區(qū)域電四極矩值較小，較重核區(qū)域電四極矩值較大，說(shuō)明在較重核區(qū)域許多核素存在較大形變，這種趨勢(shì)與目前所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的結(jié)果一致。
　　本文對(duì)電四極矩進(jìn)行系統(tǒng)研究結(jié)果表明，電四極矩與殼效應(yīng)、同位旋效應(yīng)及核形變密切相關(guān)，其中殼效應(yīng)、同位旋效應(yīng)可通過(guò)核電荷半徑合理地體現(xiàn)。同時(shí)，通過(guò)本文給出的核電四極矩普適性公式，可進(jìn)一步檢驗(yàn)