[論文レビュー] Ab Initio Structure of p-Shell Nuclei with Chiral Effective Field Theory and Daejeon16 Interactions

Pieter Maris, Ik Jae Shin+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 1, 2019

Nuclear physics research studies参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、Chiral 時間効果理論に基づく LENPIC N2LO および現象論的 Daejeon16 相互作用を用いた、p殻核におけるab initio計算をNo-Core Full Configuration (NCFC)手法で実施した。両相互作用とも実験的結合エネルギーおよび励起準位構造と良好な一致を示したが、特に11Be や12Bにおけるパリティ反転基底状態および低励起状態の記述において、Daejeon16 が LENPIC N2LO より優れた性能を示し、外挿誤差も小さい。

ABSTRACT

We present No-Core Full Configuration results for the ground state energies of all particle-stable p-shell nuclei, as well as the excitation energies of more than 40 narrow states, excluding isobaric analog states. We used the chiral LENPIC nucleon-nucleon plus three-nucleon interaction at N2LO with semi-local coordinate space regulators, and also the phenomenological Daejeon16 nucleon-nucleon potential. With simple exponential extrapolations of the total energies of each state, binding energies and spectra are found to be in good agreement with experiment. Both interactions produce a trend towards some overbinding of nuclei at the upper end of the p-shell.

研究の動機と目的

• 現実的な2および3核子相互作用を用いた、p殻核の基底状態および励起状態に対する高精度な ab initio 予測を提供すること。
• Chiral 時間効果理論 (χEFT) 相互作用 (LENPIC N2LO) と現象論的相互作用 (Daejeon16) が核スペクトロスコピーをどの程度正確に記述できるかを評価すること。
• 有限基底空間における ab initio 計算における外挿誤差の役割と、理論的予測と実験との一致に与える影響を評価すること。
• 特に上位p殻領域において、相互作用の系的欠陥を特定し、異なる相互作用の予測能力を比較すること。
• パリティ反転基底状態などの特定状態における乖離の主な要因が、連続体物理効果か、相互作用の詳細かを特定すること。

提案手法

• 核多体問題を調和振動子基底空間で解くために、No-Core Full Configuration (NCFC) 手法が用いられ、有限基底空間の結果を連続体極限に外挿する。
• 多体ハミルトニアンには、Chiral 時間効果理論 (χEFT) から導かれた2体 (NN) および3体 (3N) 相互作用が含まれ、LENPIC N2LO 相互作用は半局所的座標空間レギュレータを用いている。
• Daejeon16 相互作用は、χEFT まで N3LO までにまで拡張された現象論的 NN 力であり、非対角的性質を改善し、高運動量成分を低減するためにユニタリ位相等価変換 (PET) が適用されている。
• スレーター行列式基底における調和振動子単粒子状態の集合を用い、電荷依存性を保つために陽子と中性子を別々に取り扱う。
• 増大するモデル空間における全エネルギーの指数関数的フィットに基づく外挿技術を用い、連続体極限を推定し、誤差を定量的に評価する。
• 22個のp殻核（等スピンアナログ状態を除く）の74状態について、結合エネルギーおよび励起エネルギーというスペクトロスコピック観測量を計算し、実験と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Chiral 時間効果理論相互作用 (LENPIC N2LO) と現象論的相互作用 (Daejeon16) は、ab initio 計算においてp殻核の結合エネルギーおよび励起スペクトルをどの程度正確に再現できるか？
• RQ2 NCFC手法における外挿誤差は、核スペクトロスコピーの理論的予測の信頼性にどの程度影響を及えるか？
• RQ3 なぜ LENPIC N2LO 相互作用は 12B における正しい基底状態スピン・パリティおよび 11Be におけるパリティ反転基底状態を再現できないが、Daejeon16 は成功するのか？
• RQ4 Daejeon16 と LENPIC N2LO は、10Be における6.2 MeV の0+励起状態をどの程度正確に記述できるか？
• RQ5 上位p殻核における観測された過剰結合傾向は、相互作用の限界に起因するのか、それとも基底空間切断および外挿手法の限界に起因するのか？

主な発見

• LENPIC N2LO および Daejeon16 相互作用を用いた NCFC 手法は、実験と良好な一致を示す結合エネルギーおよび励起スペクトルを生成した。外挿誤差は小さく、意味のある比較が可能であった。
• Daejeon16 は、外挿誤差が小さく、特に上位p殻領域で LENPIC N2LO よりも実験とより良好な一致を示した。
• Daejeon16 相互作用は、11Be におけるパリティ反転基底状態 (1/2−) を正しく予測したが、LENPIC N2LO 相互作用は非自然パリティ状態をエネルギー的に高めすぎた。
• Daejeon16 は 10Be における6.2 MeV の0+励起状態を再現したが、LENPIC N2LO 相互作用はこの核において低励起0+状態を生成できなかった。
• 12B において、Daejeon16 は基底状態を 1+、第一励起状態を 2+ として正しく予測したが、LENPIC N2LO はこれらの状態のエネルギー順序を逆転させた。
• 両相互作用とも、p殻の上位領域における核の過剰結合傾向を示しており、2および3核子力のさらなる精錬が求められる。