[논문 리뷰] Isovector giant monopole and quadrupole resonances in a Skyrme energy density functional approach with axial symmetry

Kenichi Yoshida|arXiv (Cornell University)|2021. 07. 02.

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한 줄 요약

이 연구는 축대칭을 가진 비대칭 핵에서 이소벡터 거대 단극자 및 이４중극자 공진을 스카이름 에너지 밀도 함수를 사용하여 조사한다. 콜드–샤머–보골리우브 및 준입자 무작위상태근사법을 적용하여, 단극자 및 이중극자 강도의 비대칭에 의한 분리가 드러나며, 이는 이방성 밀도 분포로 인해 길이가 짧은 K-상태가 길쭉한 형태에서 강화됨을 보여준다.

ABSTRACT

[Background] Giant resonance (GR) is a typical collective mode of vibration. The deformation splitting of the isovector (IV) giant dipole resonance is well established. However, the splitting of GRs with other multipolarities is not well understood. [Purpose] I explore the IV monopole and quadrupole excitations and attempt to obtain the generic features of IV giant resonances in deformed nuclei by investigating the neutral and charge-exchange channels simultaneously. [Method] I employ a nuclear energy-density functional (EDF) method: the Skyrme-Kohn-Sham-Bogoliubov and the quasiparticle random-phase approximation are used to describe the ground state and the transition to excited states. [Results] I find the concentration of the monopole strengths in the energy region of the isobaric analog or Gamow-Teller resonance irrespective of nuclear deformation, and the appearance of a high-energy giant resonance composed of the particle-hole configurations of $2\hbar \omega_0$ excitation. Splitting of the distribution of the strength occurs in the giant monopole and quadrupole resonances due to deformation. The lower $K$ states of quadrupole resonances appear lower in energy and possess the enhanced strengths in the prolate configuration, and vice versa in the oblate configuration, while the energy ordering depending on $K$ is not clear for the $J=1$ and $J=2$ spin-quadrupole resonances. [Conclusions] The deformation splitting occurs generously in the giant monopole and quadrupole resonances. The $K$-dependence of the quadrupole transition strengths is largely understood by the anisotropy of density distribution.

연구 동기 및 목표

• 비대칭 핵에서 중성 및 전하교환 채널을 포함한 이소벡터 거대공진(IVGRs)을 체계적으로 기술하기 위해.
• 이소스핀 및 공간 자유도에서 핵의 비대칭으로 인한 IVGR 강도 분포의 분리 원리를 이해하기 위해.
• 각운동량의 K-量子수(각운동량의 투영)가 이중극자 공진에 미치는 역할과 핵의 형태에 대한 의존성을 탐색하기 위해.
• 축대칭 비대칭 개구리 핵에서 전기(ΔS=0) 및 자성(ΔS=1) 이소벡터 진동을 일관된 프레임워크로 정립하기 위해.
• 이론적 예측을 감마-톨러 및 이sov체 대응 공진과 같은 실험적 관측량과 연결하기 위해.

제안 방법

• 축대칭을 가진 비대칭 핵의 기저 상태를 자성적으로 결정하기 위해 스카이름–콜드–샤머–보골리우브(KSB) 방법을 사용한다.
• KSB 기저 상태 위에 구축된 집단적 고립 상태를 기술하기 위해 준입자 무작위상태근사(QRPA)를 사용한다.
• 평균장에 대해 스카이름 파arametrization인 SkM*를 사용하고, 혼합형 쌍화 상호작용을 쌍화 상관관계에 적용한다.
• 좌표 공간에서 KSB 및 QRPA 방정식을 2차원 실린더 메쉬(h = 0.6 fm)를 사용하여 풀며, 준입자 상태에 대해 60 MeV에서 截단을 적용한다.
• QRPA에서 2준입자 에너지 截단을 70 MeV로 설정하여 수렴성과 안정성을 확보한다.
• ΔTz = 0, ±1 및 J = 0, 2 공진에 대해 전이 강도와 에너지 분포를 분석하며, K-의존성 특성에 초점을 맞춘다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 핵의 비대칭은 이소벡터 거대 단극자 및 이중극자 공진 강도의 분리에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 K-양자수는 이소벡터 이중극자 공진의 에너지 및 강도 분포를 결정하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 비대칭 핵에서 중성(ΔTz = 0) 및 전하교환(ΔTz = ±1) 채널 간의 IVGR 상호작용은 어떻게 작용하는가?
• RQ4 이중극자 전이 강도의 K-의존성은 핵의 밀도 분포의 이방성에 의해 어느 정도 결정되는가?
• RQ5 특히 감마-톨러 및 이sov체 대응 상태와 관련하여, 다양한 비대칭 형태에서 단극자 강도 분포를 일관되게 기술할 수 있는가?

주요 결과

• 핵의 비대칭 여부에 관계없이 이소벡터 단극자 강도는 이sov체 대응 공진 및 감마-톨러 공진의 에너지 영역에 강하게 집중되어 있다.
• 2ℏω₀ 입자-공공 구성을 가진 고에너지 거대공진이 단극자 강도 분포에서 명백한 피크로 나타난다.
• 비대칭은 단극자 및 이중극자 공진 모두에서 분리를 유도하며, 길쭉한 핵에서는 낮은 K-상태가 낮은 에너지에 나타나고, 납작한 핵에서는 높은 에너지에 나타난다.
• 길쭉한 형상에서는 K = 0 및 K = 1 이중극자 상태가 전이 강도가 강화되지만, 납작한 형상에서는 반대의 경향을 보인다.
• J = 2 이중극자 공진에서 K-상태의 에너지 순서는 명확하지 않으며, 이는 비대칭과 각운동량 결합 간의 복잡한 상호작용을 시사한다.
• 이중극자 전이 강도의 K-의존성은 주로 비대칭 형상에서 핵의 밀도 분포의 이방성에 의해 설명된다.