原子核是由质子和中子（统称为核子）组成的自束缚量子多体系统，由核子之间通过源自于量子色动力学（QCD）的复杂核力结合而形成。如何从微观层面理解核力，并精确求解量子多体问题，是核物理学中最基本的两大问题。基于手征有效场论核力的原子核第一性原理理论从根本上涉及这两大核心难题。
近日，北京大学物理学院、核物理与核技术全国重点实验室胡柏山课题组联合瑞典查尔姆斯理工大学、美国橡树岭国家实验室、美国田纳西大学、德国美因茨大学和日本筑波大学的研究人员，发展了一套新的手征两体和三体核力N3LOTexas，并结合先进的量子多体方法，包括耦合簇理论（coupled cluster theory）和介质相似重整化群方法（in-medium similarity renormalization group method），对丰中子钙同位素链开展了系统的第一性原理研究。
图1. 新发展的手征核力 N3LOTexas对钙同位素链的基态能量和中子分离能的第一性原理计算结果，并与常用手征核力 1.8/2.0(EM) 及实验数据进行比较。
长期以来，基于手征有效场论核力的第一性原理计算通常预言钙同位素的中子滴线位于中子数N=40（钙-60）附近，而微观密度泛函理论和最新的实验迹象则倾向于钙-70附近。基于新发展的N3LOTexas相互作用的第一性原理计算，将钙同位素的双中子滴线预言推进至钙-71，从而化解了第一性原理计算、密度泛函理论和已有实验趋势之间的长期分歧。
图2. 新发展的手征核力N3LOTexas对闭壳原子核基态能量和电荷半径的第一性原理计算结果，并与常用手征核力 1.8/2.0(EM) 及实验数据进行比较。
该相互作用不仅能够精确描述钙同位素的基态能量和分离能，还能高精度描述核子-核子散射数据、少体核性质、从氦-4 到铅-208的闭壳原子核性质以及核物质饱和性质。该研究为统一描述轻核、中重核、重核以及核物质状态方程提供了新的第一性原理研究基础，也为后续核结构和核反应研究中不确定度的量化提供了重要支撑。该研究成果于2026年9月30日以“Neutron Drip Line in Calcium Isotopes from a Chiral Interaction”为题发表于《物理评论快报》[Physical Review Letters 137, 142502 (2026)]。胡柏山为论文第一作者兼唯一通讯作者。
论文链接：https://doi.org/10.1103/pz1t-q6v1
