[論文レビュー] Multinucleon transfer reaction in time-dependent Hartree-Fock theory

Kazuyuki Sekizawa, Kazuhiro Yabana|arXiv (Cornell University)|Nov 26, 2015

Nuclear physics research studies被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、時間に依存するハートリー・フォック（TDHF）理論において、多核子移動（MNT）断面積を計算するための粒子数投影（PNP）手法を開発した。この手法により、反応生成物の移動確率および励起エネルギーを正確に計算可能となり、粒子蒸発を統計モデルで組み込むと、小規模な核子移動では実験的MNT断面積をよく再現するが、大規模な移動では精度が低下する。

ABSTRACT

Time-dependent Hartree-Fock (TDHF) theory has achieved a remarkable success in describing and understanding nuclear many-body dynamics from nucleons' degrees of freedom. We here report our investigation of multinucleon transfer (MNT) processes employing the TDHF theory. To calculate transfer probabilities for channels specified by the number of protons and neutrons included in reaction products, a particle-number projection (PNP) method has been developed. The PNP method is also used to calculate excitation energies of reaction products. Combined use of the PNP method with a statistical model, we can evaluate MNT cross sections taking account of effects of particle evaporation. Using these methods, we evaluate MNT cross sections for $^{40,48}$Ca+$^{124}$Sn, $^{40}$Ca+$^{208}$Pb, and $^{58}$Ni+$^{208}$Pb reactions. From systematic analyses, we find that cross sections for channels with a large reaction probability are in good agreement with experimental data. However, the agreement becomes less accurate as the number of transferred nucleons increases. Possible directions to improve the description are discussed.

研究の動機と目的

• 実験的モデルを超えた、微視的かつ第一原理的な多核子移動（MNT）反応のフレームワークを構築すること。
• 従来のTDHFに基づく移動確率計算の計算限界を克服するため、効率的な粒子数投影（PNP）手法を導入すること。
• 統計モデル（例：蒸発モデル）を用いて、反応生成物からの粒子蒸発といった二次的効果を含めたMNT断面積を評価すること。
• 40,48Ca+124Sn、40Ca+208Pb、および58Ni+208Pb反応について、理論的予測と実験データを比較すること。
• TDHFが大規模な核子移動を記述する際に示す限界を特定し、TDGCMやTDHFBへの拡張によってその改善を提案すること。

提案手法

• 低エネルギーの重イオン衝突における核の力学を記述するため、時間に依存するハートリー・フォック（TDHF）理論を適用する。
• 反応生成物における中性子数および陽子数で定義される各チャネルの移動確率を抽出するため、粒子数投影（PNP）手法を開発する。
• PNPを用いて、衝突後のTDHF波動関数から反応断片の励起エネルギーを計算する。
• PNPの結果と統計モデル（例：蒸発モデル）を組み合わせ、励起断片からの粒子蒸発を考慮した断面積を推定する。
• Coulomb障壁付近のエネルギーで、40,48Ca+124Sn、40Ca+208Pb、および58Ni+208Pb系のTDHF計算を実施する。
• 特にN/Z不均衡が大きい系において、準核分裂の前身となるネック形成および破裂のダイナミクスを分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 TDHF理論におけるPNP手法は、重イオン反応の多核子移動断面積を正確に予測できるか？
• RQ2 粒子蒸発効果および励起エネルギー補正の組み込みが、理論と実験の一致に与える影響は何か？
• RQ3 なぜTDHFに基づくMNT断面積予測の精度が、移動核子数が増加するにつれて低下するのか？
• RQ4 ネック形成および破裂が、大規模な核子移動および準核分裂を引き起こす上で果たす役割は何か？
• RQ5 MNT過程におけるTDHFの予測能力を向上させるために、どのような理論的改善（例：TDGCM、TDHFB）が必要か？

主な発見

• PNP手法により、TDHFにおける移動確率および励起エネルギーの計算が効率的かつ正確に可能となり、計算コストが2^Nから数100の行列式にまで削減された。
• 小規模な核子移動を伴うMNTチャネルでは、計算された断面積が実験データとよく一致した。
• 大規模な核子移動を伴うチャネルでは一致が悪化し、現在のTDHFフレームワークの限界が示された。
• 粒子蒸発効果を組み込むことで実験データとの一致が向上したが、依然として大規模な移動では断面積が過小評価された。
• ネック形成および破裂が、特にN/Z不均衡が大きい系（例：40Ca+208Pb）において、準核分裂の前身として観察された。
• 本手法はパリティおよび角運動量の投影を含めることが可能であり、将来的にガンマ線分光法データとの比較が可能になる。