福州大学核物理与核天体团队

宇宙核纪年

       宇宙年龄是最基本的宇宙学参数之一，不同的方法预测的宇宙年龄存在差异。如基于微波背景辐射的研究给出的宇宙年龄是138亿年，而引力透镜研究给出的为114亿年，这导致了宇宙年龄争论。

       宇宙核纪年法通过利用长寿命锕系核素的放射性衰变，可以确定古老星体的年龄，继而给出宇宙年龄下限。由于放射性衰变不依赖于宇宙演化模型，核纪年法可以为宇宙年龄提供独立检验。但受限于锕系核素起源的 r-过程的不确定性，核纪年研究不确定性较大。

       团队基于快中子俘获过程研究，提出了同步核时钟的核纪年方案，极大地降低了核纪年研究的不确定性 [Astrophys. J, 941, 152 (2022)]。新方案被应用于确定6颗贫金属星年龄，并检验了宇宙年龄，研究结果支持了微波背景辐射研究的宇宙年龄 [Sci. Bull., 68, 539 (2023)]。

原子核无轨道能量密度泛函

       量子多体系统的求解是物理与化学领域长期面临的难题。1964年，Hohenberg和Kohn证明了量子多体系统的基态能量可以表示为密度的泛函，从而可以降低求解量子多体系统的复杂度。然而，Hohenberg-Kohn定理仅证明了能量密度泛函的存在性，而没有给出其具体形式。因此，探索精确的能量密度泛函是原子分子物理、凝聚态物理、材料物理、量子化学以及原子核物理等研究领域的热点和难点。特别在原子核物理领域，由于强相互作用的特殊性与复杂性，确定针对原子核系统的能量密度泛函形式尤为困难，目前常用的原子核能量密度泛函均须引入单粒子轨道波函数自由度。

       团队首次利用机器学习方法将原子核的动能直接表示为核子密度的泛函，建立了精确的原子核无轨道能量密度泛函理论 [Phys. Rev. C, 105, L031303 (2022)]。通过自洽计算氦4、氧16和钙40三种原子核的基态性质，证实该理论的计算精度远高于现有的其它无轨道能量密度泛函理论。这项工作首次给出了直接基于Hohenberg-Kohn定理实现原子核多体问题的高精度求解，为原子核能量密度泛函理论的发展提供了新方案。

原子核质量

       原子核质量蕴含着丰富的核结构信息，而且决定了各种核反应的反应能，是核物理与核天体物理研究的关键核物理量。目前，实验上已经测得约 2500 种原子核的质量，而理论预言存在的原子核约 7000-10000 个。在可预见的未来，大部分原子核仍然无法在实验室产生，需要理论模型为相关研究提供原子核质量预言。

       团队在原子核质量研究方面开展了一些工作：

       快中子俘获过程对原子核质量的敏感性研究：通过近百万次快中子俘获过程模拟，量化了快中子俘获过程元素丰度对原子核质量的敏感性 [Astrophys. J., 915, 29 (2021)]。

       原子核质量的机器学习研究：发展了KRR [Phys. Rev. C, 101, 051301(R) (2020)] 、KRRoe [Phys. Lett. B, 819, 136387 (2021)]、GKRR [Phys. Lett. B, 834, 137394 (2022)]、PCA [accepted] 等方法，改善原子核质量的描述精度。

       微观相对论原子核质量表：参加 DRHBc 质量表合作组，构建同时考虑形变和连续谱效应的原子核质量表 [Phys. Rev. C, 106, 014316 (2022), Phys. Rev. C, 109, 024310 (2024)]，为快过程研究提供微观相对论原子核质量数据 [Atom. Data Nucl. Data Tables, 144, 101488 (2022)]。

原子核的手征对称性

       手征对称性是物理学等自然科学中的一个重要现象。原子核的手征对称性由 Frauendorf 和孟杰于 1997 年提出，其实验特征为手征双重带。这一预言于 2001 年被实验证实。目前，手征对称性已成为原子核结构的研究热点之一，先后有 20 多个国家、约 100 多个研究团队参与研究。

       团队及合作者发展了集体哈密顿量方法研究手征双带的电磁跃迁 [Phys. Rev. C, 98, 064302 (2018)]；给出了反射不对称体系手征宇称四重带的电磁跃迁选择定则 [ Sci. Bull., 65, 2001 (2020)]。

最理想的流体

       夸克胶子等离子体和超冷原子并称为世界上最理想的流体，产生于相对论重离子碰撞及早期宇宙物态中。

       从玻尔兹曼方程出发推导能描述多种组分流体演化的二阶相对论流体方程。基于领头阶 QCD 互作用，数值计算了夸克胶子等离子体的输运系数，粘滞输运系数非常小，审稿人评价“数值计算具有相当挑战性”，补充了相关研究的空白 [Phys.Rev.D 106, 014007 (2022)]。

最强的磁场

       相对论重离子碰撞中产生了世界上最强的磁场，达到 10 的13到14次方量级 (单位 T)，作为对比，最大人工磁场 100 到 1000 T。

       首次系统计算了重夸克偶素磁场下的静态性质(如质量和束缚能)。基于量子电动力学 (QED) 的多极展开，数值计算了重夸克偶素磁场下的动态性质，如衰变宽度和解离截面，定量证实了磁场的影响显著 [Phys.Rev.D 105, 094013 (2022)]。

最强的涡旋场

       非对心相对论重离子碰撞中产生的夸克胶子等离子体是世界上转得最快的流体，其转速达到 10 的 22 次方每秒，作为对比，脉冲星的转速为 1000 转每秒。

       从基本的热力学定律和对称性出发推导了一阶相对论自旋流体的运动方程，以及守恒流的本构关系，并利用非平衡统计算符方法给出了所有输运系数的 Kubo-Green 公式 [Phys.Rev.D 103, 116015 (2021), Phys.Rev.D 105, 076009 (2022)]。

       自旋流体的不同矢量耗散流间出现一种全新的交叉关联效应，并由此得到新的表征交叉关联现象的输运系数 [Phys.Rev.C 107, 024915 (2023)]。

       直接求解自旋 Boltzmann 方程的简正解，讨论了自旋波的传播问题和自旋弛豫 [Phys.Rev.D 106, 036004 (2022), Phys.Rev.D 105, 096021 (2022), Phys.Rev.D 107, 016010 (2023)]。