[論文レビュー] Scattering of nucleons from nuclei with couplings to particle-unstable excited states

P. R. Fraser, K. Amos+4 more|arXiv (Cornell University)|May 28, 2010

Nuclear physics research studies参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、軽い質量の核における不安定な励起状態の粒子崩壊幅を含めるように、多チャンネル代数的散乱（MCAS）手法を拡張した。この研究では、このような幅が散乱断面積および化合物核スペクトルを顕著に変化させることを示した。グリーン関数にヘヴィサイド関数を用いてローレンツ型の共鳴幅を組み込むことで、共鳴中心位置がずれ、特に高励起エネルギーにおいてスペクトルが広がることが明らかになった。特に n+⁶He や p+⁶He のような系では、共鳴強度が増すに従い幅が大きくなる顕著な効果が観察された。

ABSTRACT

The physics of radioactive ion beams implies the description of weakly-bound nuclear systems. One key aspect concerns the coupling to low-lying collective-type excited states, which for these systems might not be stable levels, but particle emitting resonances. In this work we describe how the scattering cross section and compound spectra change when the colliding fragments have such collective excitations featuring particle emission. We explore this question in the framework of a multi-channel algebraic scattering method of determining nucleon-nucleus cross sections at low energies. For a range of light-mass, particle-unstable nuclear targets, scattering cross sections as well as the spectra of the compound nuclei formed have been determined from calculations that do and do not consider particle emission widths for nuclear states. Assuming a resonance character for target states markedly varies evaluated cross sections from those obtained assuming the target spectrum to have entirely discrete states.

研究の動機と目的

• 粒子不安定な励起状態（有限な幅を持つ共鳴状態）が核子-核子散乱断面積および化合物核スペクトルに与える影響を調査すること。
• 従来の結合チャネルモデルが、標的状態を離散的で幅がゼロの状態として仮定しているという限界を克服すること。
• 現実的な共鳴幅を含めることで、特に滴線付近の弱く束縛されたエキゾチック核に対して、実験データとの一致が改善されるかどうかを検証すること。
• 標的状態を有限な幅を持つ共鳴状態として取り扱った場合の、MCAS形式の数値的安定性および物理的整合性を検証すること。
• 現在のモデルにおける短所、特に低エネルギー領域で反応断面積が物理的に不自然に増大するという問題を特定すること。

提案手法

• MCAS手法は、スツルム基底関数から導かれる有限ランクの分離型相互作用を用いて、運動量空間における結合チャネルのリッピマン＝シュヴィンガー方程式を解く。
• 共鳴的標的状態は、グリーン関数のエネルギー分母にローレンツ型の幅を導入し、閾値以下の効果を抑制するためにヘヴィサイドステップ関数を用いる。
• パウリ排他原理を保つために、正規化された擬似ポテンシャル（OPP）が適用され、集団モデルに基づく相互作用に対しても有効である。
• 相互作用カーネルの分離表現から導かれる代数方程式を解くことで、散乱振幅および化合物核スペクトルが計算される。
• 共鳴中心位置と幅は、S行列から直接抽出され、幅の大小に関わらず化合物状態の同定が可能になる。
• いくつかの軽い質量の系（例：⁶He、⁸Be、¹⁴O）について、幅がゼロの離散状態を仮定した計算と、有限幅を持つ共鳴状態を含めた計算とを比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標的励起状態の有限な幅が、計算された核子-核子散乱断面積にどのように影響を与えるか？
• RQ2 標的状態の共鳴幅が、化合物核スペクトルの構造および中心位置にどの程度の変化をもたらすか？
• RQ3 現実的な共鳴幅を含めることで、特にエキゾチックで弱く束縛された核に対して、実験データとの一致が改善されるか？
• RQ4 特に低エネルギー領域における共鳴的標的状態を扱った場合、現在のMCAS形式の数値的および物理的限界は何か？
• RQ5 共鳴幅にエネルギー依存性を導入するための異なるスケーリング因子が、化合物状態スペクトルの安定性および収束性にどのように影響するか？

主な発見

• 標的励起状態に有限な幅を含めることで、化合物核スペクトルが顕著に広がり、幅が大きくなるに従い共鳴中心位置が高エネルギー側にずれる。
• n+⁶He 系においては、標的状態の幅を含めることで、スペクトル強度の再分配が顕著に起こり、励起エネルギーに伴い中心位置が一貫して上昇する。
• 標的状態の幅を含めた場合、計算された弾性断面積の共鳴は広がり、低エネルギー領域では中心位置がほとんど変化しない。これは以前の研究結果と整合的である。
• p+¹⁴O 系では、既知の値の5倍の標的状態幅を用いることで、計算された ⁵/₂⁺ 共鳴が実験データとより良く一致した。
• ヘヴィサイド関数アプローチは、閾値以下の物理的でない効果を防ぐが、低エネルギー領域での共鳴幅の影響を抑制できず、入射エネルギーがゼロに近づくと反応断面積が物理的に不自然に増大するという問題が生じた。
• 核力が幅がゼロの標的状態を前提として最適化された場合、特に高励起エネルギー領域で共鳴的標的状態を含めると、再調整が必要になることが明らかになった。