[論文レビュー] Theory and Applications of Coulomb Excitation

C. A. Bertulani|ArXiv.org|Aug 29, 2009

Nuclear physics research studies参考文献 10被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、低エネルギーから相対論的エネルギーにわたり、相対論的補正、中間エネルギー効果、連続状態におけるマルチステップ結合を統合した、クーロン励起の包括的な理論的枠組みを提示する。クーロン励起が核構造および宇宙線反応断面積の高精度なプローブとして機能することを示し、とくに弱結合およびエキゾチック核に対して有効である。計算コードおよび連続状態離散化結合チャンネル法を用いた応用が検証されている。

ABSTRACT

Because the interaction is well-known, Coulomb excitation is one of the best tools for the investigation of nuclear properties. In the last 3 decades new reaction theories for Coulomb excitation have been developed such as: (a) relativistic Coulomb excitation, (b) Coulomb excitation at intermediate energies, and (c) multistep coupling in the continuum. These developments are timely with the advent of rare isotope facilities. Of special interest is the Coulomb excitation and dissociation of weakly-bound systems. I review the Coulomb excitation theory, from low to relativistic collision energies. Several applications of the theory to situations of interest in nuclear physics and nuclear astrophysics are discussed.

研究の動機と目的

• 非相対論的から相対論的エネルギーにわたる衝突エネルギーの広い範囲において、クーロン励起を統一的に記述する理論的記述の構築。
• 従来の摂動的取り扱いの限界を克服するため、相対論的補正、高次効果、量子散乱形式主義を組み込むこと。
• 核構造および宇宙線物理学にとって重要な、エキゾチック核および弱結合核における電磁行列要素および遷移強度の正確な抽出を可能にすること。
• 連続状態効果および動的モデルを含むクーロン励起および崩壊過程のシミュレーションを可能にする計算フレームワークの提供。
• 希少同位体施設における実験的解析を支援するため、ガンマ線の放射角分布および反応断面積の解釈に耐えうる理論的基盤の提供。

提案手法

• 核力が無視できる場合に有効な、古典的ルーテルト軌道を用いた半古典的近似を低エネルギークーロン励起に適用。
• 高エネルギー領域における量子計算を簡略化するため、相対論的散乱波を扱うためにアイケナル近似を適用。
• 2次摂動論および時間に依存する電気双極子相互作用を用いて、仮想光子交換による励起振幅を計算。
• ソモフィールドパラメータおよびアディアバティシティパラメータζを用いて、E1励起確率の解析的表現を導出。励起閾値の評価に用いる。
• 三重対角行列系に対するLU分解および前進/後退代入を用いて、シュレーディンガー方程式を数値的に解くための空間時間格子法を導入。
• 弱結合系、特にハロ核およびピグミー共鳴子を含む、崩壊および励起をモデル化するため、連続状態離散化結合チャンネル（CDCC）法を適用。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高エネルギー領域における精度を向上させるために、相対論的補正をクーロン励起理論に一貫して組み込む方法は何か？
• RQ2 仮想光子スペクトルおよび多重極展開が、クーロン励起における励起確率を決定づける役割を果たすメカニズムは何か？
• RQ3 高次補正および連続状態結合が、弱結合核におけるギgアント共鳴子およびピグミー共鳴子の記述に与える影響は何か？
• RQ4 クーロン分解法が、星間環境における放射的捕獲断面積を推定するためにどの程度有効に使えるか？
• RQ5 非慣性系効果および加速度項が、エキゾチック核におけるクーロン励起のハミルトニアンおよび観測量に与える影響は何か？

主な発見

• 相対論的クーロン励起形式は、中間および相対論的エネルギー領域における重イオン衝突におけるガンマ線の放射角分布および遷移強度の実験データをうまく再現した。
• アディアバティシティパラメータζ = ωa₀/vは、励起確率が抑制される領域を特定する。ζ > 1 はアディアバティック（低確率）励起を示す。
• 11Li や 6He などの弱結合系では、クラスタ構造およびピグミー共鳴モードの寄与が顕著であり、低励起エネルギーでE1強度が増幅される。
• CDCC法はハロ核の崩壊を正確に記述でき、標準的なDWBAと比較して、有効断面積が最大30%まで増加することが示された。
• LU分解を用いた空間時間格子法により、調和振動子および現実的なポテンシャルに対して、時間に依存するクーロン励起におけるシュレーディンガー方程式の安定かつ効率的な数値解法が可能となり、収束性が検証された。
• クーロン分解法により得られた星間環境における放射的捕獲断面積は、直接測定値と10–20%の不確実性内で一致し、核物理学における応用の妥当性が裏付けられた。