[論文レビュー] Superheavy toroidal nuclei in the Skyrme energy functional framework

Arkadiusz Kosior, A. Staszczak+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 23, 2017

Nuclear physics research studies参考文献 3被引用数 4

ひとこと要約

Skyrme-HFB平均場フレームワークとSkM*関数を用いて、超重元素核（Z=120同位体およびN=184同中性子核）を調査した。大規模な扁平歪度（Q₂₀ ≤ -158 b）において、二重凸型ディスクからトーラス型構造への急激な形状遷移が発生する。この遷移は、高Z領域でのエネルギー曲線がほぼ平坦であり、強化された殻効果に起因し、Z ≥ 122近辺のトーラス型超重元素核の安定性が示唆される。

ABSTRACT

Using the Hartree-Fock-Bogoliubov (HFB) self-consistent mean-field theory with the SkM* Skyrme energy-density functional, we study nuclear structure properties of even-even superheavy nuclei (SHN) of $Z=120$ isotopes and $N=184$ isotones. The shape of the nucleus along the lowest energy curve as a function of the quadrupole moment $Q_{20}$ makes a sudden transition from the oblate spheroids (biconcave discs) to the toroidal shapes, in the region of large oblate quadrupole moments.

研究の動機と目的

• Z=120およびN=184の超重元素核（SHN）におけるトーラス型核形状の存在と安定性を調査すること。
• 大規模な扁平歪度におけるトーラス型構造の実現に寄与する殻効果およびエネルギー曲線の役割を検討すること。
• Zが122を超えて増加する際、トーラス型SHNがエネルギー的に有利になる条件を特定すること。
• 扁平歪度領域における二重凸型ディスクとトーラス型解の共存を調査すること。

提案手法

• 自己無撞着ハートリー・フォック・ボゴリウボフ（HFB）法を用い、SkM*スカイアーダンスエネルギー密度関数を適用した。
• 固定された粒子数および四極モーメントQ₂₀制約の下で、全エネルギー関数E^tot[ρ̄]の制約付き最小化を実施した。
• 等式制約問題を解くために増大ラグランジュ法を用い、3次元直交座標系における歪んだ調和振動子基底を用いたHFODDコードで計算を実行した。
• 大規模な扁平歪度（Q₂₀：-202 b から -158 b）にわたる核密度分布および単粒子状態の進化を追跡した。
• 二重凸型ディスクおよびトーラス型解のエネルギー曲線を分析し、エネルギー交差点および形状遷移を特定した。
• トーラス領域および二重凸型領域における単粒子状態の密度を観察することで、殻効果を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 超重元素核において、二重凸型ディスクからトーラス型構造への形状遷移がどの四極モーメント歪度で発生するか？
• RQ2 Z=120およびN=184のSHNにおけるトーラス型構造の安定性に、殻効果がどのように寄与するか？
• RQ3 扁平歪度領域におけるトーラス型エネルギー曲線の傾きが中性子数および陽子数にどのように依存するか？
• RQ4 Zが122を超えて増加する際、エネルギー曲線が平坦化する場合に、トーラス型SHNがエネルギー的に有利になる可能性はあるか？
• RQ5 クーロン反発力および核の圧縮率は、どのようにしてトーラス型形状の形成を促進するか？

主な発見

• ²⁰⁴¹²⁰₁₈₄において、Q₂₀ ≤ -158 bで二重凸型ディスクからトーラス型構造への急激な形状遷移が発生し、安定なトーラス型解の始まりを示した。
• Z=120同位体では、N=166のときQ₂₀ = -150 b、N=190のときQ₂₀ = -160 bで最初にトーラス型構造が出現し、中性子数が増加するにつれてエネルギー交差点がより負のQ₂₀にシフトした。
• N=184同中性子核では、Z=106から124の全Z値において、二重凸型とトーラス型解のエネルギー交差点がQ₂₀ ≈ -180 bで発生した。
• Zが増加するにつれて、トーラス型エネルギー曲線の傾きが次第に平坦化し、Z ≥ 122ではより大きな扁平歪度における平衡状態が可能であると示唆された。
• トーラス領域における単粒子状態密度は非一様であり、明確な殻ギャップが存在し、特定の歪度で安定性が強化される可能性があることが示された。
• Q₂₀ = -202 b（点A）からQ₂₀ = -158 b（点B）の間で、二重凸型ディスクとトーラス型解の共存領域が特定され、両解とも自己無撞着な解であった。