文章导读
你正琢磨着手头那堆核物理模拟任务：模型精度够不够、算力能不能撑得住、有没有更快的近似方法能保住关键物理量。长期的潜意识里你也许接受了一个“铁律”——无轨道密度泛函不能描述原子核的量子壳效应，于是把计算资源押在昂贵的有轨道方法上。现在，来自北大赵鹏巍团队的新成果打破了这个惯性：他们在无轨道框架中引入非局域性，首次将核壳效应准确刻画出来，暗示无轨道方法可以在精度可控的前提下大幅降低计算复杂度，对大规模核计算和中子星研究意味着实用价值。我们看到了可能节省算力和重写模拟流程的机会，但这项方法的适用边界和在复杂反应场景下的稳定性到底在哪里？
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近日，北京大学物理学院技术物理系赵鹏巍与合作者在原子核密度泛函理论研究中取得重要进展。研究团队首次在无轨道密度泛函理论框架下成功刻画了原子核的量子壳效应，为原子核理论研究开辟了新思路。相关成果以题为“Nonlocal Orbital-Free Density Functional Theory Incorporating Nuclear Shell Effects”的论文，于2026年3月2日发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。
原子核的量子壳效应是由核内单粒子轨道排列产生的量子现象，对原子核的稳定性和结构具有关键作用。长期以来，学界普遍认为“无轨道方法无法描述量子壳效应”，导致原子核无轨道密度泛函理论发展陷入停滞。
赵鹏巍课题组在2022年首次利用机器学习构建无轨道密度泛函取得成功。本次研究在此基础上，通过线性响应理论构建了原子核非局域无轨道能量密度泛函，实现了在无轨道框架下量子壳效应的准确描述。研究显示，只要在泛函构造中合理引入非局域性，无轨道方法同样可以刻画原子核的量子壳效应。
这一突破不仅打破了长期理论误解，还提供了一种高效、可推广的计算手段。相比传统有轨道方法，该理论能够在保证精度的前提下显著降低计算复杂度，对于大规模原子核计算、核反应模拟以及中子星性质研究具有重要价值。
研究人员提出原子核非局域无轨道密度泛函理论
论文第一作者为福州大学吴鑫辉（曾为技术物理系博士生、博雅博士后），赵鹏巍为共同通讯作者，其他合作者包括意大利米兰大学Gianluca Colò和日本京都大学Kouichi Hagino。该工作得到了国家自然科学基金及北京大学高性能超算平台等支持。
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