结合Skyrme模型和深度学习研究原子核的结团结构
批准号:
12105128
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
马娜娜
依托单位:
学科分类:
核结构与衰变
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
马娜娜
中文摘要
围绕原子核结团结构的研究热点,基于π介子场的非线性理论Skyrme模型真实而又生动地呈现了“拓扑”与核物理交叉融合在原子核结团结构研究中的独特优势。因此,发展Skyrme模型,精确描述并预测原子核结团结构,探索结团形成机制尤为重要。本项目拟基于前期工作,在Skyrme框架下尝试结合深度学习在获取内部规律、优化研究目标、内插外推特性方面的优势,通过已知原子核的结团信息对深度学习进行训练,优化Skyrme模型对原子核结团结构理论描述,并探索结团结构形成的物理机制。同时通过深度学习预测未知原子核的结团结构。最后,以Skyrme模型与宏观-微观质量模型的类液滴思想共性为切入点,结合前期关于库仑能项的研究,提取并优化Skyrmion孤子解的结合能。项目旨在实现Skyrmion对原子核结团结构和结合能的精确描述和预测,以及对结团形成机制的探索。
英文摘要
Focusing on the scientific frontier of the cluster structure in the nucleus, the Skyrme model based on the nonlinear theory of the π meson field truly and vividly presents the unique advantages of the cross-fusion of "topology" and nuclear physics in the study of the cluster structure of atomic nuclei in nuclear physics. Therefore, it is particularly important to develop the Skyrme model, accurately describe and predict the cluster structure of nuclei, and explore the mechanism of cluster formation. This project is planned to be based on the previous work. Under the framework of Skyrme, it is the first attempt to combine the advantages of deep learning to obtain internal laws, optimize research goals, and interpolation and extrapolation characteristics. With the training of deep learning by using the clustering information of known nuclei, to optimize the theoretical description of the nucleus cluster structure, and to explore the physical mechanism of the cluster structure. At the same time, deep learning is used to predict the cluster structure of unknown nuclei. Finally, taking the commonality of droplets between the Skyrme model and the macro-micro mass model as the starting point, combined with the previous research on the Coulomb energy term, the binding energy of the Skyrmion soliton solution is extracted and optimized. Through this project, Skyrmion can be used to the description and prediction of the cluster structure and binding energy.
近些年机器学习与核物理领域的交叉融合研究已然成为了科学研究新范式。Skyrmion作为Skyrme拓扑孤子模型的解,可以描述原子核的基本性质和结团结构,因其引入了拓扑学的特殊性,Skyrmion在描述原子核时具有其新颖和独特之处。然而Skyrmion描述的原子核结合能偏大,不能很好地描述原子核的能级结构等,另外Skyrmion描述原子核结团结构时,可以给出原子核碳-12的Hoyle态,但是在考虑原子核的振动和转动等集体运动模式时,因为Skyrmion本身的类刚体的性质和量子化方法,使得Skyrmion存在很大的局限性,目前单纯从Skyrmion本身出发解决现有难题存在极大的技术困难。基于此,本人及团队主要结合机器学习方法解决Skyrmion目前遇到的难题。主要开展了三方面的工作:第一,机器学习的优化:目前我们总共发展了五种机器学习方法,较为全面的覆盖核结构、α衰变、原子核结合能等研究方向。目前已搭建了一个较为完备的机器学习平台。第二,结团结构以及结合能:在弱束缚的Skyrmion重引入库伦效应,不仅可以改进结合能,同时也会引起结团结构的变化;用机器学习研究α结团在原子核内的预形成几率,可以有效地提取结团在核表面的存在概率,结果和大多数的宏微观、微观模型和半经验模型相媲美;同时EMC与SRC关系的研究中发现仅考虑两个核子的短程关联是不足以解释EMC效应,支持了原子核内结团结构存在的必要性。第三,结团结构存在的物理机制:我们近期发现原子核在衰变中趋向于母核和子核形状上面的继承,如同生物学中的遗传现象。间接地表示了结团结构存在的原因很有可能是形状的这种继承的结果。截至目前,我们的工作不仅支持了α结团存在的必要性,并通过深度学习提取了核衰变中α结团预形成的概率,对核衰变和α结团结构的研究都非常及时。同时研究再次表明Skyrmion模型在研究原子核结构方面的独特优势;我们研究中提出的核衰变中的形状继承和形状的奇偶交错可以间接地解释结团结构存在的物理机制,该项研究对于核结构的研究以及超重元素的合成都非常重要。
B=4N Skyrmions 的相互作用及结合能
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批准号:--
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项目类别:专项基金项目
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资助金额:18万元
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批准年份:2019
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负责人:马娜娜
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依托单位:
国内基金
海外基金