本文詳細回顧了近半個世紀以來對于轉動原子核的研究。最后結合21世紀核物理面臨的機遇和挑戰，對當前核物理的研究熱點和重要課題進行了簡要介紹。大家在相關論文寫作時，可以參考這篇題目為“原子核結構與轉動原子核研究歷史”的物理史論文。
原標題：原子核結構研究的一些重要歷史回顧與幾個熱點問題
摘要：文章回顧了原子核物理研究中的幾個重要里程碑。首先介紹了原子核的發現與組成，并概括了基于這些發現所進行的包括原子核質量與半徑在內的粗塊性質的研究，以及原子核殼層模型的建立。隨后，從原子核殼層模型出發，總結了自旋對稱性和贗自旋對稱性等原子核微觀結構的相關研究。作為核結構研究的重要領域之一，文章詳細回顧了近半個世紀以來對于轉動原子核的研究。最后結合21世紀核物理面臨的機遇和挑戰，對當前核物理的研究熱點和重要課題進行了簡要介紹。
關鍵詞：協變密度泛函理論，原子核結構，粗塊性質，微觀模型，原子核轉動
1引言
關于原子核結構基本知識的簡單介紹，可以從許多標準教科書中找到，作者也在多個場合進行介紹。希望這些介紹能夠讓大家對原子核結構感興趣，思考原子核結構基本知識的建立過程是否足夠合理并經得起檢驗，是否存在問題，以及基于今天的知識回頭看，經典原子核結構基本知識的闡述是不是還可以更簡潔和進行改善。通過對原子核結構基本知識的介紹，作者也希望回顧和總結一下，建立原子核結構物理的幾個重要的科學發現或者里程碑，反思每一個里程碑的基礎是否牢固，思考每個發現之后還有沒有關聯別的問題。
原子核結構研究的一些重要歷史回顧，部分內容可以參考2011年我們發表于《物理學進展》的“原子核物理中的協變密度泛函理論”[1],以及2006年中國核物理學會核結構專業委員會發表于《高能物理與核物理》第30卷增刊的“原子核結構研究的里程碑與中國的核物理研究二十年”[2].英文內容，可以參見綜述文章[3]的前言部分，以及最近發表在Physics Re ports的綜述文章的前言部分[4].
原子核物理元年有許多說法，比較一致的看法是Rutherford[5]提出的原子的有核模型的1911年。 Rutherford在文章中，針對 α-粒子對原子的散射實驗結果，提出在原子中心存在致密的原子核，開啟了核科學領域的探索歷程，從此誕生了原子核物理這門學科，孕育了量子力學，促進了核能與核技術的開發與利用，對人類發展產生了巨大的影響。
1932年， Chadwick[6]發現了中子。 Chadwick的這篇文章不長，只有半頁，但是他解決了原子核的構成問題，即原子核是由質子中子組成的。
隨后， 20世紀30到40年代，原子核的研究基本上局限于原子核的粗塊性質。最重要的就是原子核結合能公式，即Weizsaecker或者Bethe-Weizsaecker質量公式[7].最初由德國科學家Carl Friedrich vonWeizsaecker提出，雖然多年來對其參數作了很多修改，但是公式的結構至今依然保留。從今天來看，這個公式依然有很多應用，研究對稱能的很多工作，也是從這個公式開始的[8].關于原子核質量公式的最新進展，參見王寧等人[9]關于原子核質量公式的研究。
在原子核粗塊性質的研究中，發現原子核的半徑和質量數的三分之一次方，所以它除了和A有關，應該要加上一個別的修正。希望有人對這個問題感興趣。
唯象研究原子核的粗塊性質的同時，對原子核進行微觀研究的工作也在同步進行。要微觀研究原子核，就必須求解量子力學方程。如果沒有計算機，什么樣的量子力學方程可以解析求解呢？學過量子力學都知道，只能求解方勢阱或者諧振子勢的Schrodinger方程。同時，要考慮原子核由質子和中子組成，并且找到支持微觀模型的實驗數據。
求解有限邊界的量子力學方程，相應的能譜結構是分立的且能級間距不同，會出現殼層結構。相應地，必須尋找支持殼層結構的實驗數據。文獻[1]中，詳細給出了支持殼層結構的實驗數據，包括： （1）從原子核結合能提取的核子分離能，發現雙質子分離能和雙中子分離能，在中子或者質子數是2, 8, 20, 28,50, 82, 126時，有比較大的變化； （2）α 衰變的半衰期，中子俘獲截面，原子核半徑等物理量的系統變化。關于原子核半徑，利用相鄰原子核的半徑差 δR,再除以如給出的平均差，表現得比較明顯； （3）從宇宙元素豐度分布，也能夠看出相應的幻數。
但是，由于宇宙元素豐度分布，還涉及宇宙元素合成以及天文環境等，如果知道幻數，再去理解宇宙元素豐度分布更合適一些。上述分析給出非常明顯的信號，當中子或者質子數是2, 8, 20, 28, 50, 82, 126時，原子核特別穩定， 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126即原子核的幻數。但是，直接求解方勢阱或者諧振子勢的Schrodinger方程，并不能給出幻數。如果要解釋幻數，就必須引入自旋軌道相互作用勢。這個工作，分別由Mayer和Haxel等人[12,13]完成。 Mayer文章[12]的致謝里面提到，費米的一句話“有沒有任何自旋軌道耦合的證據” ,是文章的起源。所以，提問題和討論，對科學發現極其重要。
現在標準教科書中的原子核單粒子能級，就是求解諧振子勢加上自旋軌道耦合勢的Schrodinger方程給出的。這個工作解釋了原子核的幻數，偶偶核基態自旋，比滿殼多一個核子的原子核的自旋和磁矩等性質?，F在，這個模型叫單體平均勢原子核模型，即假設原子核里所有的核子都在一個標準的平均勢中運動。這個結果非常漂亮，做核物理研究，如果能夠給出這個平均勢場，就是取得成功的第一步。
總結核物理研究近一百年，前五十年主要的成就包括：發現原子核的存在，解決了原子核的組成，了解原子核的粗塊性質，即結合能和半徑，開始了從單個核子自由度出發來描述原子核，建立了原子核的獨立粒子殼模型。這就是21世紀50年代以前，核物理主要完成的工作。
原標題：原子核結構研究的一些重要歷史回顧與幾個熱點問題
摘要：文章回顧了原子核物理研究中的幾個重要里程碑。首先介紹了原子核的發現與組成，并概括了基于這些發現所進行的包括原子核質量與半徑在內的粗塊性質的研究，以及原子核殼層模型的建立。隨后，從原子核殼層模型出發，總結了自旋對稱性和贗自旋對稱性等原子核微觀結構的相關研究。作為核結構研究的重要領域之一，文章詳細回顧了近半個世紀以來對于轉動原子核的研究。最后結合21世紀核物理面臨的機遇和挑戰，對當前核物理的研究熱點和重要課題進行了簡要介紹。
關鍵詞：協變密度泛函理論，原子核結構，粗塊性質，微觀模型，原子核轉動
1引言
關于原子核結構基本知識的簡單介紹，可以從許多標準教科書中找到，作者也在多個場合進行介紹。希望這些介紹能夠讓大家對原子核結構感興趣，思考原子核結構基本知識的建立過程是否足夠合理并經得起檢驗，是否存在問題，以及基于今天的知識回頭看，經典原子核結構基本知識的闡述是不是還可以更簡潔和進行改善。通過對原子核結構基本知識的介紹，作者也希望回顧和總結一下，建立原子核結構物理的幾個重要的科學發現或者里程碑，反思每一個里程碑的基礎是否牢固，思考每個發現之后還有沒有關聯別的問題。
原子核結構研究的一些重要歷史回顧，部分內容可以參考2011年我們發表于《物理學進展》的“原子核物理中的協變密度泛函理論”[1],以及2006年中國核物理學會核結構專業委員會發表于《高能物理與核物理》第30卷增刊的“原子核結構研究的里程碑與中國的核物理研究二十年”[2].英文內容，可以參見綜述文章[3]的前言部分，以及最近發表在Physics Re ports的綜述文章的前言部分[4].
原子核物理元年有許多說法，比較一致的看法是Rutherford[5]提出的原子的有核模型的1911年。 Rutherford在文章中，針對 α-粒子對原子的散射實驗結果，提出在原子中心存在致密的原子核，開啟了核科學領域的探索歷程，從此誕生了原子核物理這門學科，孕育了量子力學，促進了核能與核技術的開發與利用，對人類發展產生了巨大的影響。
1932年， Chadwick[6]發現了中子。 Chadwick的這篇文章不長，只有半頁，但是他解決了原子核的構成問題，即原子核是由質子中子組成的。
隨后， 20世紀30到40年代，原子核的研究基本上局限于原子核的粗塊性質。最重要的就是原子核結合能公式，即Weizsaecker或者Bethe-Weizsaecker質量公式[7].最初由德國科學家Carl Friedrich vonWeizsaecker提出，雖然多年來對其參數作了很多修改，但是公式的結構至今依然保留。從今天來看，這個公式依然有很多應用，研究對稱能的很多工作，也是從這個公式開始的[8].關于原子核質量公式的最新進展，參見王寧等人[9]關于原子核質量公式的研究。
在原子核粗塊性質的研究中，發現原子核的半徑和質量數的三分之一次方，所以它除了和A有關，應該要加上一個別的修正。希望有人對這個問題感興趣。
唯象研究原子核的粗塊性質的同時，對原子核進行微觀研究的工作也在同步進行。要微觀研究原子核，就必須求解量子力學方程。如果沒有計算機，什么樣的量子力學方程可以解析求解呢？學過量子力學都知道，只能求解方勢阱或者諧振子勢的Schrodinger方程。同時，要考慮原子核由質子和中子組成，并且找到支持微觀模型的實驗數據。
求解有限邊界的量子力學方程，相應的能譜結構是分立的且能級間距不同，會出現殼層結構。相應地，必須尋找支持殼層結構的實驗數據。文獻[1]中，詳細給出了支持殼層結構的實驗數據，包括： （1）從原子核結合能提取的核子分離能，發現雙質子分離能和雙中子分離能，在中子或者質子數是2, 8, 20, 28,50, 82, 126時，有比較大的變化； （2）α 衰變的半衰期，中子俘獲截面，原子核半徑等物理量的系統變化。關于原子核半徑，利用相鄰原子核的半徑差 δR,再除以如給出的平均差，表現得比較明顯； （3）從宇宙元素豐度分布，也能夠看出相應的幻數。
但是，由于宇宙元素豐度分布，還涉及宇宙元素合成以及天文環境等，如果知道幻數，再去理解宇宙元素豐度分布更合適一些。上述分析給出非常明顯的信號，當中子或者質子數是2, 8, 20, 28, 50, 82, 126時，原子核特別穩定， 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126即原子核的幻數。但是，直接求解方勢阱或者諧振子勢的Schrodinger方程，并不能給出幻數。如果要解釋幻數，就必須引入自旋軌道相互作用勢。這個工作，分別由Mayer和Haxel等人[12,13]完成。 Mayer文章[12]的致謝里面提到，費米的一句話“有沒有任何自旋軌道耦合的證據” ,是文章的起源。所以，提問題和討論，對科學發現極其重要。
現在標準教科書中的原子核單粒子能級，就是求解諧振子勢加上自旋軌道耦合勢的Schrodinger方程給出的。這個工作解釋了原子核的幻數，偶偶核基態自旋，比滿殼多一個核子的原子核的自旋和磁矩等性質?，F在，這個模型叫單體平均勢原子核模型，即假設原子核里所有的核子都在一個標準的平均勢中運動。這個結果非常漂亮，做核物理研究，如果能夠給出這個平均勢場，就是取得成功的第一步。
總結核物理研究近一百年，前五十年主要的成就包括：發現原子核的存在，解決了原子核的組成，了解原子核的粗塊性質，即結合能和半徑，開始了從單個核子自由度出發來描述原子核，建立了原子核的獨立粒子殼模型。這就是21世紀50年代以前，核物理主要完成的工作。
