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原子核磁矩是原子核最重要的物理观测量之一,它反映了原子核结构的重要信息.在单粒子壳模型中,质量数A为奇数的原子核的磁矩由最后一个未配对价核子决定,由此得到的磁矩值称为Schmidt值.到目前为止,实验上测量了大量原子核的磁矩,大部分都与Schmidt值存在较大偏差.从上世纪五十年代开始,在非相对论框架下,经过大量研究发现,原子核磁矩的实验值与Schmidt值之间的偏差可以通过介子交换流和核芯极化效应解释.
近二十年来,相对论平均场(RMF)理论在描述原子核性质,特别是结合能、半径、形变等基态性质方面,取得很大成功.已有研究表明,在RMF理论中研究原子核基态磁矩,必须考虑价核子的极化效应.这种极化效应可以在包含奇时间场的形变RMF理论中得到自洽的处理.然而,即使如此,RMF理论也仅再现了LS闭壳加减一个核子的原子核的同位旋标量磁矩.因此有必要基于包含奇时间场的形变RMF理论计算得到的磁矩,并进一步在相对论框架下考虑介子交换流和核芯极化效应的修正,研究奇A原子核的磁矩.
本论文主要包含了三个方面的工作:一是在包含奇时间场的形变RMF理论中,利用组态固定的约束方法,研究形变奇A原子核33Mg的磁矩,并考察奇时间场和形变效应的影响;二是基于包含奇时间场的形变RMF理论计算得到的磁矩,考虑介子交换流和核芯极化效应的修正,以15,17O,15N,17F,39,41Ca,39K和41Sc为例,研究LS闭壳加减一个核子的球形奇A原子核的同位旋标量磁矩和同位旋矢量磁矩;三是以207,209Pb,207Tl和209Bi为例,考虑介子交换流和核芯极化效应的修正,研究j-j闭壳加减一个核子的球形奇A原子核的磁矩.其中,介子交换流中只考虑了最重要的单π介子交换流,核芯极化效应采用微扰理论处理,并考虑至二阶修正.
对于奇A核33Mg,研究表明其基态具有长椭形变,得到的基态能量与实验值相符合,同时也较好地再现了实验磁矩值.详细讨论了考虑奇时间场后,互为时间反演态的单粒子能级劈裂、中子流、原子核磁势对结合能的贡献以及价核子对核芯的极化效应等.
对于具有LS闭壳核芯的原子核,研究表明:1)考虑单π介子交换流对同位旋标量磁矩的修正很小,但对同位旋矢量磁矩的修正很显著,而且仅考虑单π介子交换流不能够改进对同位旋矢量磁矩的描述;2)二阶核芯极化效应对同位旋标量磁矩和同位旋矢量磁矩的修正都很重要;3)同时考虑单π介子交换流和二阶核芯极化效应后,同位旋标量磁矩值与实验值相符,也很好地改进了对同位旋矢量磁矩的描述.
对于具有j-j闭壳核芯的原子核,研究表明考虑单π介子交换流、一阶和二阶核芯极化效应后,相对论理论很好地描述了这些原子核的磁矩,并发现考虑π介子的贡献对原子核磁矩的微观描述至关重要.