原子核结构

原子核是物质结构的一个重要层次，是物质的核芯和恒星的燃料，其质量占宇宙中所有可见物质质量的99.9％以上，其性质对理解物质结构、宇宙演化、元素起源等基本科学问题至关重要。原子核是由质子和中子（统称核子）组成的自束缚量子多体系统，核子之间通过起源于量子色动力学的强相互作用联系，核子之间相互作用的复杂性导致原子核呈现出许多独特的性质与现象，这构成了相关实验和理论研究的基础。对所有原子核及其各种性质与现象的统一描述是核物理的一个长期目标。为此，需要对稀有原子核——其中子与质子之比偏离地球上自然存在原子核的中子质子之比——进行理论和实验研究。我的研究方向主要集中在那些远离稳定线的、短寿命的、奇特原子核的理论描述，这项研究涉及核物理学、量子多体问题、高性能计算等前沿交叉领域。

量子多体理论

密度泛函理论广泛应用于物理、化学和材料等领域。协变密度泛函理论，也称相对论密度泛函理论，是描述原子核结构常用的一种相对论量子多体理论方法，其描述对象为自束缚、非均匀、无外场、有边界的有限多体系统。协变密度泛函的理论基础是霍恩伯格-科恩（Hohenberg-Kohn）定理，即体系任一观测量的基态期待值均可表示为关于体系基态的矢量密度和标量密度的唯一泛函。协变密度泛函理论的核心就是构建一个关于矢量密度及标量密度的能量密度泛函，而且理论的可靠性完全决定于能量密度泛函的精确性。由于考虑洛仑兹对称性，协变密度泛函理论可以自然地给出原子核中很强的自旋轨道相互作用，而不引入额外参数。然而，由于强相互作用的低能非微扰性质，目前尚不能从第一性原理给出核子间的相互作用，从而构建出体系的能量密度泛函。未来与格点量子色动力学、手征微扰理论、相对论布鲁克纳G矩阵理论等给出的核子间相互作用等结合，是协变密度泛函理论的重要发展方向。

基本对称性检验

原子核的无中微子双β衰变研究对探索中微子质量的产生机制，揭示宇宙中物质—反物质不对称的奥秘至关重要。由于原子核的超流性质，无中微子双 β 衰变只可能在某些偶偶核中被观测到。这一衰变过程一旦被证实，将预示着中微子是 Majorana 粒子，而且宇宙中的总轻子数不再守恒。研究无中微子双 β 衰变需要可靠的原子核多体理论，因为只有通过核多体理论精确计算出核矩阵元，才能把实验测量结果与轻子数破缺机制相联系。目前计算的核矩阵元仍存在很大的不确定性，因此需要发展原子核多体理论及其高精度计算方法，从而给出更可靠的核矩阵元。