天體環境中原子核的弱相互作用過程研究

《天體環境中原子核的弱相互作用過程研究》是依託中國工程物理研究院流體物理研究所，由牛一斐擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：天體環境中原子核的弱相互作用過程研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：牛一斐
• 依託單位：中國工程物理研究院流體物理研究所

項目摘要

原子核的弱相互作用過程在天體物理中起著關鍵作用。其中，電子俘獲和β衰變決定著核塌縮型超新星爆發的動力學過程；β衰變壽命設定了快中子俘獲過程(r-過程)的時標，並決定著宇宙中鐵以上重元素的豐度分布。本項目擬發展有限溫度下超越平均場的理論，並用其研究天體環境中原子核的弱相互作用過程。具體研究內容包括：基於Skyrme密度泛函發展有限溫度下包含粒子振動耦合的自洽無規相位近似模型，研究熱原子核的Gamow-Teller躍遷，分析溫度效應對其共振寬度和躍遷分布的影響；研究超新星爆發早期的電子俘獲和r-過程路徑上的β衰變，考察粒子振動耦合效應能否改善對電子俘獲率和β衰變壽命的描述；通過r-過程計算探討該模型預言的β衰變壽命對r-過程的影響。通過本項目的研究，力求改善對天體環境中原子核弱相互作用過程的描述，為天體物理研究提供更為可靠的核物理輸入量，從而加深對超新星爆發和宇宙中重元素合成機制的理解。

結題摘要

原子核的弱相互作用過程在天體物理中起著關鍵作用。其中，電子俘獲和β衰變決定著核塌縮型超新星爆發的動力學過程；β衰變率設定了快過程核合成的時標,從而決定著宇宙中鐵以上元素的豐度分布。因此，本項目的研究目標是實現對天體環境中原子核弱相互作用過程的超越平均場理論的描述，為天體物理中的重要研究課題如超新星爆發模擬和快過程核合成等提供更為可靠的核物理輸入量。針對該研究目標，本項目取得了如下主要成果：（1）發展了有限溫度的密度泛函理論和準粒子無規相位近似理論，研究了溫度效應對原子核基態、集體振動激發以及重離子碰撞碎片對能的影響；（2）發展了自洽的包含粒子振動耦合效應的無規相位近似模型，研究了粒子振動耦合效應對原子核集體振動激發的影響；（3）發展了自洽的包含準粒子振動耦合效應的準粒子無規相位近似模型，實現了對超流原子核電荷交換道集體振動激發的超越平均場描述；（4）實現了超越平均場理論－即包含粒子振動耦合效應的無規相位近似模型－對原子核弱相互作用過程β衰變的描述，為快過程核合成提供了更為可靠的核物理輸入量；（5）發展了奇偶徑向基函式方法，進一步改善了對快過程核合成另一重要核物理輸入量－原子核質量－的預言精度。在自然科學基金的支持下，本項目共發表SCI收錄的期刊論文9篇和會議論文2篇，送審論文3篇，其中1篇發表於Physical Review Letters、6篇發表於Physical Review C、2篇發表於Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics。