碳是组成生物体内有机化合物的最基本元素之一，也是宇宙中合成更重元素的必经路径。合成碳原子核的关键是Hoyle态，即碳-12原子核中第一个自旋为零的正宇称激发态。关于Hoyle态的结构，目前依然是一个开放性的问题，它可能是由三个 α 粒子组成的被极度拉伸的链式结构，也可能是没有确定形状的类气体态。为了探索碳-12原子核中可能存在的链式结构及其稳定性，北京大学、日本京都大学和德国法兰克福大学的研究人员克服了变分塌缩、费米子重复计算和非物理连续谱的占据等困难，在三维格点空间实现了微观自洽的推转协变密度泛函计算，研究了碳-12原子核中可能存在的链式结构及其稳定性。SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy（SCPMA，《中国科学：物理学 力学 天文学》英文版）及时报道了这一研究成果，文章题为”Stability of the linear chain structure for 12C in covariant density functional theory on a 3D lattice”，发表于2019年第11期[1]，通讯作者为北京大学的孟杰教授。作为SCPMA的Editor’s Focus栏目文章，该刊副主编清华大学龙桂鲁教授以及慕尼黑理工大学的Peter Ring教授分别撰写了点评文章进行解读[2,3]，将同期发表。图1. 碳-12原子核刚体转动惯量随迭代的变化. 图中的密度自左到右、自上到下分别对应于初始态、基态、链式结构和裂变从图1中左边的初始态出发，通过转动原子核，发现转动频率在大约2.0-3.5 MeV 范围内时，原子核呈现稳定的链式结构。较低的转动频率下原子核处于近似为球形的基态，较高的转动频率则导致原子核发生裂变。该项研究以碳-12原子核为例，给出了高速转动对原子核形状的拉伸效应，将推动后续的理论和实验探索，进一步加深对原子核奇特形状的认识。该项研究得到了国家重点基础研究发展规划项目(No. 2018YFA0404400, No. 2017YFE0116700)、国家自然科学基金(No. 11621131001, No. 11875075)资助。[1] ZhengXue Ren, ShuangQuan Zhang, PengWei Zhao, Naoyuki Itagaki, Joachim A. Maruhn, and Jie Meng, Stability of the linear chain structure for 12C in covariant density functional theory on a 3D lattice, Sci. China-Phys. Mech. Astron. 62, 112062 (2019)[2] Gui-Lu Long, Exploring the rod-shaped nucleus, Sci. China-Phys. Mech. Astron. 62, 112061 (2019)[3] Peter Ring, A rotating α-chain in the nucleus 12C, Sci. China-Phys. Mech. Astron. 62, 112063 (2019)
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