[論文レビュー] Improved microscopic nuclear level densities within the triaxial Hartree-Fock-Bogoliubov plus combinatorial method

S. Goriely, W. Ryssens+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 7, 2026

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ひとこと要約

要旨: 本論文は、BSkG3平均場モデルからのトリアキシアル基底変形を組み入れた微視的組合せ型核レベル密度モデルを拡張し、 intrinsic および collective なレベル密度への影響を評価し、中性子共鳴データと Oslo 法観測とを検証する。

ABSTRACT

New developments have been brought to our energy-, spin- and parity-dependent nuclear level densities based on the microscopic combinatorial method. Our new calculation is based on the BSkG3 mean-field model which relies on a three-dimensional coordinate-space representation of the nucleus, allowing for the spontaneous breaking of ground state rotational, axial and reflection symmetry. In particular, we now account for the impact of possible triaxial deformation of nuclear ground states on the level density. This has two effects on our calculations: the additional freedom of the single-particle levels affects the intrinsic level density while the absence of a rotational symmetry axis results in a larger collective correction. The present model reproduces the experimental s- and p-wave neutron resonance spacings with a degree of accuracy comparable to that of the best global models available. It is also shown that the model gives a reliable extrapolation at low energies where experimental data on the cumulative number of levels can be extracted. The predictions are also in good agreement with the experimental data extracted from the Oslo method. Total level densities for more than 8500 nuclei are made available in a table format for practical applications. For the nuclei for which experimental s-wave spacings and enough low-lying states exist, renormalization factors are provided to reproduce simultaneously both observables. The same combinatorial method is used to estimate the nuclear level densities at the fission saddle points of actinides and at the shape isomer deformation. Finally, the new nuclear level densities are applied to the calculation of radiative neutron capture cross sections and compared with those obtained with our previous combinatorial model.

研究の動機と目的

• 核表全体にわたるエネルギー・スピン・パリティ依存の核レベル密度(NLD)の全球的予測を改善する動機づけ。
• 組合せ型NLD枠組みにトリアキシアル基底変形を組み込む。
• 内因性レベル密度と集団的増強へのトリアキシティの影響を評価する。
• s波中性子共鳴間隔および Oslo データに対してNLD予測を検証する。
• 数千個の核に対するNLD表を提供し、反応断面積や核分裂サドル点などへの適用を探る。

提案手法

• 3次元座標空間表現を可能にする BSkg3 平均場モデルを使用し、回転対称性・軸対称性・反転対称性を破る。
• 単一粒子スペクトルから組合せ法で intrinsic なレベル密度を構築し、パリティと（丸められた）K様量子数を考慮する。
• intrinsic PH励起を振動状態密度と畳み込み、intrinsic 状態上に剛体転動子ハミルトニアンで回転帯を構築する。
• intrinsic と回転自由度を結合して、K様量子数と回転多重体の総和としてトリアキシアル核の総NLDを得る。
• r42に基づく球形から変形域への滑らかな遷移を導入する減衰関数を導入し、入手可能な実験データで正規化する。
• トリアキシアルNLDを軸対称NLDと比較し、中性子共鳴間隔および Oslo 法データへの影響を論じる。

Figure 1: Left: total energy of 96 Mo (normalized to the minimum) in the ( $\beta_{2},\gamma$ ) plane obtained BSkG3; the global minimum as well as the deformation deduced from experiment is indicated. For the latter, we used $\beta_{2}$ as deduced from measured $B(E2)$ transitions Raman et al. ( 20

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 基底状態のトリアキシアル変形は内在的単一粒子レベル密度にどのような影響を与えるか。
• RQ2 核レベル密度における集団的回転増強に対するトリアキシティの影響は何か。
• RQ3 トリアキシアルで微視的組合せ型NLDモデルは実験のs波中性子共鳴間隔と低エネルギーレベルデータを Oslo データと同等に再現できるか。
• RQ4 低エネルギーでのNLD予測は実験的制約に対してどう挙動するか、外挿はどうか。
• RQ5 核表全体に対するトリアキシアル性の実用的な影響は、放射性中性子捕獲断面積や核分裂サドル点などの応用にどう現れるか。

主な発見

• トリアキシアル変形を考慮すると、軸対称と比較して総NLDは原子核によって減少または増加する（例: 96Mo 対 108Pd）。
• トリアキシティはフェルミエネルギー付近の内在的単一粒子レベル密度を低下させる一方、集団的回転増強を高める。総合的効果は核によって異なる。
• モデルは実験的なs波中性子共鳴間隔を、世界的ベストモデルと同等の精度で再現し、低エネルギーの外挿にも信頼性を持つ。
• 実験的なs波間隔と十分な低-lying状態を持つ核に対して正規化因子が提供され、両方の観測量を再現。
• 8500核を超える総レベル密度が実用的用途のため表形式で提供される。
• 同じ組合せアプローチを用いて、アクチニド系の核分裂サドル点および形状異性体変形時のNLDを推定。
• 適用されたNLDは放射性中性子捕獲断面計算に影響を与え、以前の組合せモデルと比較される。

Figure 2: Same as Fig. 1 but for 108 Pd. For the indicated experimental information we used $\beta_{2}$ as deduced from measured $B(E2)$ transitions Raman et al. ( 2001 ) and $\gamma$ deduced from Coulomb excitation experiments Svensson et al. ( 1995 ) .