破解原子核秘密的新算法找到，“Raon”即将启动

by Paek Jongmin

Published 20 May.2024 13:36(KST)

Updated 20 May.2024 14:29(KST)

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重离子加速器投运在即研究基础先行夯实
有望用于宇宙半导体测试等多重角色

重离子加速器“RAON”全景

投入预算达1万5000亿韩元的重离子加速器“RAON”迎来了发挥本格作用的契机。由于我国科学家通过国际共同研究提出了一种新的方法论，能够精确计算和预测从轻核到重核、由质子和中子构成的各种原子核的性质，预计将对利用重离子加速器开展稀有同位素研究发挥重要作用。RAON今后还将在测试韩国企业制造的空间半导体方面发挥重要作用。

包括基础科学研究院（IBS）重离子加速器研究所（IRIS）及稀有核研究团研究人员在内的、来自世界各国数十名核物理学家参与的“核晶格有效理论”（Nuclear Lattice Effective Field Theory）国际共同研究团队开发的“波函数匹配”（Wave Function Matching）方法论，已足以令全球重离子加速器研究人员为之振奋，因为这一理论能够精确计算各种原子核的结合能、质量、电荷半径等性质。

作为世界首台将低能加速装置与高能加速装置相结合的重离子加速器，RAON是揭示宇宙生成过程、获取新型能源线索——即发现稀有同位素——所必不可少的设备。由于在重离子加速器上的投入规模巨大，能够拥有此类设施的国家十分有限。在建成重离子加速器设施之后，还需要与之相匹配的优良研究“材料”。此次开发出的波函数匹配方法论，被评价为不仅能够提升我国重离子加速器的实力，也将我国基础科学研究的水平推上一个新台阶的契机。

核物理学界一直围绕由质子和中子构成的原子核以及这些核子（构成原子核的质子和中子）之间的核力开展大量研究，但仅凭核子之间的核力来解释各种原子核的性质始终存在困难。一方面缺乏关于核力的完备理论，另一方面即便动用当前最高规格的超级计算机，计算本身也存在极限，这令研究人员颇感挫折。IBS研究团队在本次研究中利用韩国科学技术信息研究院（KISTI）的Nurion超级计算机，成功计算出了中子过量氧稀有同位素的结合能。

波函数匹配方法论通过调节并变换核力，使其给出在短距离上易于计算的波函数。研究团队利用波函数匹配方法论，计算了从含有2个核子的氘核到含有58个核子的镍（Ni）核等多种稳定核的结合能、质量和电荷半径，并确认结果与既有观测值相吻合。同时，还精确计算出了直至氧-24（24O）在内的中子过量氧稀有同位素的结合能和质量。研究团队表示，本次研究中所采用的核力尚不能称为完备的核力理论，但从能够同时很好解释原子核多种性质这一点来看，有望为改进既有核力理论提供重要启示。

IRIS所长 Hong Seungwoo 称：“由我国科学家参与并共同构建的新波函数匹配方法论，不仅使过去无法实现的重核理论计算与预测成为可能，还提出了一个能够很好解释原子核结合能、质量、电荷半径、核物质饱和状态等多种性质的核力模型”，并表示“今后将有助于通过重离子加速器RAON开展的稀有同位素研究”。

作为国际共同研究团队成员之一的IRIS研究委员 Song Youngho 表示：“作为IBS IRIS的核物理理论研究人员，能够为今后在稀有同位素研究中具有重大意义的重要国际共同研究作出贡献，深感自豪”，并称“今后还将继续利用核晶格有效理论开展多样化研究”。

本次研究成果已于5月16日0时（韩国时间）刊登在世界最高权威国际学术期刊《Nature》（影响因子64.8）在线版上。稀有核研究团理论小组组长 Kim Youngman 解释说：“有国内研究者参与的核物理学理论论文被刊登在《Nature》上，这还是首次。”

RAON已于去年年底完成低能区试运行，将从6月起正式开始实验运行。目前已接收国内研究人员提交的涵盖核物理学、医生命科学、育种科学等领域的30份实验方案。需要在极端环境下验证性能的空间半导体也可以通过重离子加速器进行测试。