[논문 리뷰] Multinucleon transfer reaction in time-dependent Hartree-Fock theory

Kazuyuki Sekizawa, Kazuhiro Yabana|arXiv (Cornell University)|2015. 11. 26.

Nuclear physics research studies인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 시간에 의존하는 하트리-폭(Fock) (TDHF) 이론 내에서 입자 수 투영 (PNP) 방법을 개발하여, 고에너지 충돌에서 다중핵자 이행 (MNT) 단면적을 계산한다. 이 방법은 반응 생성물의 이행 확률과 진동 에너지를 정확하게 계산할 수 있게 하며, 입자 증발을 위한 통계 모델과 조합할 경우 소규모 핵자 이행에서는 실험적 MNT 단면적을 잘 재현하지만, 대규모 이행에서는 정확도가 떨어진다.

ABSTRACT

Time-dependent Hartree-Fock (TDHF) theory has achieved a remarkable success in describing and understanding nuclear many-body dynamics from nucleons' degrees of freedom. We here report our investigation of multinucleon transfer (MNT) processes employing the TDHF theory. To calculate transfer probabilities for channels specified by the number of protons and neutrons included in reaction products, a particle-number projection (PNP) method has been developed. The PNP method is also used to calculate excitation energies of reaction products. Combined use of the PNP method with a statistical model, we can evaluate MNT cross sections taking account of effects of particle evaporation. Using these methods, we evaluate MNT cross sections for $^{40,48}$Ca+$^{124}$Sn, $^{40}$Ca+$^{208}$Pb, and $^{58}$Ni+$^{208}$Pb reactions. From systematic analyses, we find that cross sections for channels with a large reaction probability are in good agreement with experimental data. However, the agreement becomes less accurate as the number of transferred nucleons increases. Possible directions to improve the description are discussed.

연구 동기 및 목표

• 다음과 같은 경험적 모델을 초월한 다중핵자 이행 (MNT) 반응을 위한 미시적, 근본적인 프레임워크를 개발하는 것.
• 기존의 TDHF 기반 이행 확률 계산의 계산적 한계를 극복하기 위해 효율적인 입자 수 투영 (PNP) 방법을 도입하는 것.
• 통계 모델(예: 증발 모델)을 사용하여 입자 증발과 같은 2차 효과를 포함한 MNT 단면적을 평가하는 것.
• 40,48Ca+124Sn, 40Ca+208Pb, 및 58Ni+208Pb 반응에 대해 이론적 예측을 실험 데이터와 비교하는 것.
• TDHF가 대규모 핵자 이행을 기술하는 데에서 나타내는 한계를 규명하고, TDGCM 및 TDHFB 확장 방법을 통해 향상 가능성을 제안하는 것.

제안 방법

• 저에너지 중수소 충돌에서의 핵 역학을 시뮬레이션하기 위해 시간에 의존하는 하트리-폭 (TDHF) 이론을 적용한다.
• 반응 생성물의 중성자 및 양성자 수로 정의된 각 채널에 대해 이행 확률을 추출하기 위해 입자 수 투영 (PNP) 방법을 개발한다.
• 충돌 후 TDHF 파동함수로부터 PNP를 사용해 반응 조각의 진동 에너지를 계산한다.
• PNP 결과를 통계 모델(예: 증발 모델)과 조합하여, 흥분된 조각에서의 입자 증발을 고려한 단면적을 추정한다.
• Coulomb 장벽 근처에서 40,48Ca+124Sn, 40Ca+208Pb, 및 58Ni+208Pb 시스템에 대해 TDHF 계산을 수행한다.
• 특히 N/Z 비대칭성이 큰 시스템에서, 준분열의 전조로 작용하는 목줄 형성 및 파손 역학을 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 TDHF 이론 내 PNP 방법이 고에너지 충돌에서 다중핵자 이행 단면적을 정확하게 예측할 수 있는가?
• RQ2 입자 증발 효과와 진동 에너지 보정을 포함할 경우, 이론과 실험 간의 일치도가 어떻게 향상되는가?
• RQ3 왜 TDHF 기반 MNT 단면적 예측의 정확도가 큰 수의 이행 핵자에 대해 떨어지는가?
• RQ4 목줄 형성 및 파손은 대규모 핵자 이행과 준분열을 유도하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 MNT 과정에 대한 TDHF의 예측 능력을 향상시키기 위해 필요한 이론적 개선(예: TDGCM, TDHFB)은 무엇인가?

주요 결과

• PNP 방법은 TDHF 내에서 이행 확률과 진동 에너지를 효율적이고 정확하게 계산할 수 있게 하여, 계산 비용을 2^N에서 수백 개의 디터미낸트로 감소시킨다.
• 소규모 핵자 이행 채널에서는 계산된 단면적이 실험 데이터와 잘 일치한다.
• 대규모 핵자 이행을 포함한 채널에서는 일치도가 악화되어 현재 TDHF 프레임워크의 한계를 보여준다.
• 입자 증발 효과를 고려하면 실험과의 일치도가 향상되지만, 여전히 대규모 이행에서는 단면적을 과소평가한다.
• 특히 N/Z 비대칭성이 큰 시스템(예: 40Ca+208Pb)에서 목줄 형성 및 파손이 준분열의 전조로 관측된다.
• 이 방법은 스핀 및 운동량 투영을 포함하도록 확장 가능하여 향후 감마선 스펙트로스코피 데이터와의 비교가 가능해진다.