[論文レビュー] Neutron matter at the interface(s): static response and effective mass

Mateusz Buraczynski, Nawar Ismail+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 4, 2019

Nuclear physics research studies参考文献 77被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、核力のモデルに依存しない有効質量の抽出を、核模型の2および3核子力と、チャイralおよび現象的2および3核子力に基づく補助場量子モンテカルロ（AFDMC）シミュレーションを用いて行う。低密度域では有効質量比が1に近いが、高密度域では約0.8に徐々に減少する傾向が示され、異なる核力モデルや有限サイズ効果の精密な外挿を経て、熱力学的極限への収束が確認された。

ABSTRACT

Neutron matter is interesting both as an extension of terrestrial nuclear physics and due to its significance for the study of neutron stars. In this work, after some introductory comments on nuclear forces, nuclear ab initio theory, and nuclear phenomenology, we employ two techniques, Quantum Monte Carlo (QMC) and Energy Density Functionals, to practically handle an extended system composed of strongly interacting neutrons. We start by summarizing work on the static response of neutron matter, which considers the impact of external influences on the time-independent system. We then proceed to discuss new results of the energy of quasiparticle excitations in neutron matter, including QMC calculations with chiral or phenomenological nucleon-nucleon interactions. As part of this study, we carefully study the approach of our finite-number computations toward the infinite-system limit.

研究の動機と目的

• . ab initio量子モンテカルロ法を用いて、核力モデルに依存しない中性子物質における有効質量の抽出を実施する。
• . チャイralおよび現象的2および3核子力が、密度に応じて有効質量に与える影響を調査する。
• . エネルギーおよび応答関数における有限サイズ効果を考慮し、有限サイズの結果を熱力学的極限に精密に外挿する。
• . 抽出された有効質量の傾向を、既存のスキュアーミーエネルギー密度関数とab initio多体アプローチと比較し、整合性と乖離を評価する。

提案手法

• . 強い相互作用を示す中性子系の有限系を周期的境界条件を用いて模擬する補助場量子モンテカルロ（AFDMC）法を採用した。
• . 3核子力のカットオフ変動を含むチャイral 2および3核子力と、現象的力の両方を用い、核力モデルへの感受性を評価した。
• . 非相互作用系を基準として用いる有限サイズ外挿スキームを適用し、熱力学的極限への収束性を向上させた。
• . 外部摂動によるエネルギーシフトから導かれるランダウパラメータF1sを介して、静的応答関数から有効質量比を抽出した。
• . 系のサイズ依存性（N）を系統的に分析し、最適な粒子数の特定と収束性の検証を実施した。
• . スキュアーミー関数とab initio多体計算の既存の結果とを比較し、整合性と傾向の妥当性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 . ab initio量子モンテカルロシミュレーションから抽出された有効質量は、中性子物質の密度に伴いどのように変化するか？
• RQ2 . チャイral 2および3核子力は、現象的力と比較して有効質量にどの程度の影響を及ぼすか？
• RQ3 . 3核子力のカットオフの変化や有限サイズ効果の変動に対して、有効質量の傾向はどの程度頑健か？
• RQ4 . 抽出された有効質量比は、スキュアーミーエネルギー密度関数や他のab initio多体手法からの結果と定量的にどの程度一致するか？
• RQ5 . 有限サイズ補正を適切に施したQMCを用いて、核力モデルに依存しない有効質量の抽出が可能か？

主な発見

• . 中性子物質における有効質量比は、低密度域では1に近いが、最高密度域に達するまで一貫して減少し、初期の上昇は観察されなかった。
• . 3核子力の寄与により、2体力のみの状況と比較して高密度域でわずかに有効質量が増加するが、全体的な傾向は単調減少のまま維持された。
• . 有効質量の傾向は、異なる核力モデルに対して頑健である：チャイral力と現象的力の両方で定量的に類似した挙動を示し、特に最高密度域ではチャイral力がわずかに高い値を示した。
• . 非相互作用系を基準として用いる外挿スキームにより、有限サイズ効果が良好に制御され、熱力学的極限への信頼できる収束が達成された。
• . 本研究の結果は、Drishlerら[63]のab initio計算と強く定性的かつ定量的に一致したが、低密度域で有効質量が1を超えるのを予測する多くのスキュアーミー関数とは相違した。
• . 本研究は、有限サイズ解析と複数の核力モデルを用いた精密な検証を経て、QMCを用いた中性子物質における有効質量比の核力モデルに依存しない抽出を初めて実現した。