[논문 리뷰] Comments on the ${}^{12}{ m C}$-${}^{12}{ m C}$ fusion S*-factor

A. M. Mukhamedzhanov, Xiaodong Tang외 1명|arXiv (Cornell University)|2018. 06. 15.

Superconducting Materials and Applications인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 2018년 네이처 논문에서 보고한 $^{12}$C-$^{12}$C 융합의 천체물리학적 S*-요소를 간접적인 트로이 목재 방법(THM)을 사용하여 도전한다. 원래 분석이 평면파 근사의 잘못된 사용, 직접 데이터에 대한 부적절한 정규화, 그리고 타당하지 않은 R-매트릭스 공명 할당으로 인해 오류가 있음을 주장한다. 저자들은 삼체 이론을 통해 쿨롱 효과를 포함하고 데이터 정규화를 수정함으로써 S*-요소가 크게 감소함을 보여주며, T9 = 0.2에서 반응 속도가 1000배 증가했다는 보고를 기각한다.

ABSTRACT

The goal of this Comment is to draw attention of the readers that the results in the published letter [A Tumino {et al,}, Nature {\bf 557}, 687 (2018)] regarding ${}^{12}{ m C}-{}^{12}{ m C}$ fusion are not correct

연구 동기 및 목표

• 2018년 네이처 논문에서 보고한 $^{12}$C-$^{12}$C 융합 S*-요소의 타당성을 도전하기 위해 트로이 목재 방법(THM)을 사용한다.
• 특히 쿨롱 상호작용을 忽시한 평면파 근사를 사용한 원래 THM 분석의 방법론적 결함을 규명하고 수정한다.
• 저에너지에서 S*-요소의 급격한 상승이 잘못된 이론적 모델링과 데이터 정규화로 인한 산물임을 보여준다.
• 중성자-핵 반응 시스템인 $^{12}$C-$^{12}$C와 같은 무거운 이온 시스템의 THM 분석에 쿨롱 효과를 포함한 삼체 이론의 사용을 주장한다.
• 동일한 보존자에 대한 양자역학적 선택 규칙을 위반하는 R-매트릭스 분석에서의 공명의 잘못된 할당을 수정한다.

제안 방법

• 원래 연구에서 사용된 평면파 근사 대신 쿨롱 상호작용을 포함한 일반적인 삼체 이론(muk2011)을 적용한다.
• THM 데이터의 직접 실험 측정치에 대한 정규화를 재평가하며, 에너지 캘리브레이션 오류로 인해 신뢰할 수 없는 mazarakis1973 데이터셋과 공명 스무딩 기법으로 인해 물리적 구조가 소실된 barron2006 데이터셋을 배제한다.
• 직접 데이터에서 $\gamma$-선 전이의 분지비율을 보정하여 $^{12}$C($^{12}$C,$\alpha_1$) $^{20}$Ne 단면적과 일관성을 확보한다.
• 양자역학적 선택 규칙을 강제 적용하여 R-매트릭스 분석을 재평가한다: $^{12}$C-$^{12}$C 채널에서는 짝수 스핀, 양성 편위 공명만 허용된다.
• THM로 관측된 공명의 위치를 직접 실험 결과와 비교하며 삼체 쿨롱 효과를 고려한다.
• 정규화 및 공명 검증에 사용하기 위해 일관성 있고 교정되지 않은, 잘 캘리브레이션된 직접 데이터만 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 원래 THM 분석에서 사용된 평면파 근사는 30 MeV 입사 에너지에서 $^{12}$C-$^{12}$C 융합 반응을 정확히 기술하는가?
• RQ2 삼체 최종 상태에서의 쿨롱 상호작용은 THM 방법에서 관측된 공명 위치와 S*-요소에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 mazarakis1973 또는 barron2006와 같은 직접 데이터 정규화 오류가 THM를 통해 유도된 S*-요소에 얼마나 심각한 왜곡을 초래하는가?
• RQ4 THM 데이터의 R-매트릭스 분석에서 관측된 공명은 $^{12}$C-$^{12}$C 시스템에서 동일한 보존자의 양자역학적 선택 규칙을 충족하는가?
• RQ5 적절한 삼체 쿨롱 이론을 포함함으로써 T9 = 0.2에서 $^{12}$C-$^{12}$C 반응 속도가 1000배 증가했다는 보고가 사라지는가?

주요 결과

• 30 MeV 입사 에너지에서 $^{12}$C-$^{12}$C 시스템은 d-$^{24}$Mg 전이 채널에서 강한 쿨롱 상호작용을 보이므로, 원래 네이처 논문에서 사용된 평면파 근사는 타당하지 않다.
• muk2011 이론을 통해 삼체 쿨롱 효과를 포함함으로써 예측된 S*-요소는 크게 감소하며, 네이처THM1에서 보고한 급격한 상승과 정반대되는 결과를 낳는다.
• mazarakis1973의 직접 데이터는 잘못된 에너지 캘리브레이션으로 인해 신뢰할 수 없으며, 이를 배제함으로써 S*-요소의 관측된 상승이 사라진다.
• barron2006의 데이터셋은 공명 스무딩 기법으로 인해 물리적 구조가 소실되어 정규화에 적합하지 않다.
• 원래 연구의 R-매트릭스 분석은 홀수 스핀과 음성 편위를 가진 공명을 포함하고 있어, $^{12}$C-$^{12}$C 입구 채널에서 동일한 보존자의 선택 규칙을 위반한다.
• 겹치는 에너지 범위(E_c.m. = 2.56 MeV)에서 관측된 유일한 피크는 잘못된 J^π = 3^-로, 이는 분자적 $^{12}$C-$^{12}$C 공명의 존재를 확인할 수 없음을 의미한다.