[논문 리뷰] Reexamination of microscopic optical potentials based on multiple scattering theory

Kosho Minomo, Kouhei Washiyama외 1명|arXiv (Cornell University)|2017. 12. 29.

Force Microscopy Techniques and Applications인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 다중산산 이론에 기반한 입자-핵 및 디우터론-핵 산산에 대한 미시적 접합 모델을 체계적으로 평가하며, 반대칭화 인자(ASF), 국소 밀도 근사(LDA)의 불확실성, 그리고 Brieva-Rook(BR) 국소화를 중심으로 다룬다. 연구 결과, ASF는 200 MeV 이하에서 경량 타겟(예: 12C)에 대해 실험 데이터와의 일치도를 최대 10% 향상시키며, LDA의 불확실성은 저에너지에서 약 10%에 이르며, BR 국소화는 65 MeV 이하에서도 효과를 유지하여 25 MeV 이상의 에너지에서 모델의 신뢰성을 입증한다. 이는 10% 미만의 편차로 나타난다.

ABSTRACT

Microscopic optical potentials have been successful in describing nucleon-nucleus and nucleus-nucleus scattering. Some essential ingredients of the framework, however, have not been examined in detail. Applicability of the microscopic folding model is systematically investigated. Effect of an antisymmetrization factor (ASF) appearing in multiple scattering theory, theoretical uncertainty regarding the local density approximation (LDA), and the validity of a prescription for nonlocality, the Brieva-Rook (BR) localization, of the microscopic potential, are quantitatively estimated for nucleon-nucleus scattering; investigation on the ASF is carried out for also deuteron-nucleus scattering. A single folding model with the Melbourne g-matrix interaction and the SLy4 Skyrme-type Hartree-Fock-Bogoliubiv (SLy4-HFB) density is employed for evaluating a nucleon-nucleus microscopic optical potential. Deuteron-nucleus scattering is described by the continuum-discretized coupled-channels method incorporating the microscopic proton-nucleus and neutron-nucleus potentials. The ASF is found to affect proton total reaction cross sections for a 12C target below 200 MeV by about 10%. Effect of the ASF on total reaction cross sections is negligibly small if a target nucleus is heavy or scattering energy is above 200 MeV; elastic cross sections are hardly affected by the ASF for all the reaction systems considered. Below 65 MeV, still the BR localization works quite well. However, at energies below about 50 MeV, the LDA becomes less accurate for evaluating elastic cross sections at backward angles. This is the case also for the total reaction cross sections of p-12C below about 200 MeV. The microscopic model is applicable to nucleon-nucleus scattering above 25 MeV for target nuclei in a wide range of mass numbers. Deviation of calculated results from experimental data is less than about 10%.

연구 동기 및 목표

• 멜버른 g-매트릭스와 SLy4-HFB 밀도를 사용하여 입자-핵 산산에 대한 미시적 접합 모델의 적용 가능성을 체계적으로 평가하는 것.
• 다중산산 이론에서 반대칭화 인자(ASF)가 반응 관측량에 미치는 영향을 정량화하며, 특히 경량 타겟과 저에너지 영역에서의 영향을 중심으로 다루는 것.
• 접합 모델에서 국소 밀도 근사(LDA)에 기인한 이론적 불확실성, 특히 저입사 에너지에서의 영향을 평가하는 것.
• 비국소성에 대한 미시적 포텐셜에 대한 Brieva-Rook(BR) 국소화 규정의 타당성을 50 MeV까지 검증하는 것.
• 연속-이산화된 연립-채널(CDCC) 방법을 사용하여 더 복잡한 체계에서 ASF 효과를 평가하기 위해 디우터론-핵 산산으로 분석을 확장하는 것.

제안 방법

• 멜버른 g-매트릭스 상호작용과 SLy4-HFB 핵 밀도를 사용하여 미시적 입자-핵 옵티컬 포텐셜을 구성하기 위해 단일접합 모델을 적용한다.
• 다중산산 프레임워크에 반대칭화 인자(ASF)를 명시적으로 포함하여 산산 관측량에 미치는 영향을 평가한다.
• 접합 포텐셜을 계산하기 위해 국소 밀도 근사(LDA)를 사용하며, 비국소 결과와의 비교를 통해 이론적 불확실성을 정량화한다.
• 비국소 포텐셜을 국소 형태로 변환하기 위해 Brieva-Rook(BR) 국소화 체계를 적용하고, 산산파의 직접 비교를 통해 정확도를 시험한다.
• 디우터론-핵 산산에 대해서는 미시적 양성자 및 중성자-핵 포텐셜을 사용하여 연속-이산화된 연립-채널(CDCC) 방법을 적용하여 탄성 및 반응 단면적을 평가한다.
• 비국소성 효과를 정량화하기 위해 Perey 인자 F(R)를 계산하고, 에너지 및 타겟 질량 의존성을 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 200 MeV 이하에서 p-12C 산산에 대해 반대칭화 인자(ASF)가 총 반응 단면적에 미치는 영향은 얼마나 크며?
• RQ2 저에너지에서 국소 밀도 근사(LDA)가 미시적 접합 모델에 이론적 불확실성을 얼마나 유발하는가?
• RQ3 65 MeV 이하 에너지에서 비국소 미시적 포텐셜에 대해 Brieva-Rook(BR) 국소화 체계의 정확도는 어느 정도인가?
• RQ4 ASF는 디우터론-핵 산산 관측량, 특히 반응 단면적에 유의미한 영향을 미치는가?
• RQ5 SLy4-HFB 밀도는 경량 핵에서 현상학적 밀도의 신뢰할 수 있는 대체 수단이 될 수 있는가?

주요 결과

• 반대칭화 인자(ASF)는 200 MeV 이하에서 p-12C의 계산된 총 반응 단면적 σR를 약 10% 감소시켜 실험 데이터와의 일치도를 향상시킨다.
• ASF는 탄성 단면적이나 더 무거운 타겟 또는 200 MeV 이상의 에너지에서의 σR에 거의 영향을 주지 않으며, 이는 ASF의 영향력이 경량 체계의 저에너지 영역에 국한됨을 시사한다.
• 국소 밀도 근사(LDA)에 기인한 이론적 불확실성은 저에너지에서 최대 10%에 이르며, 특히 200 MeV 이하에서 p-12C의 후방산산 탄성 산산과 σR에 영향을 미친다.
• Brieva-Rook(BR) 국소화는 50 MeV까지 매우 효과적으로 유지되며, 이 에너지 범위에서 Perey 인자 F(R)는 비국소 결과와의 차이가 미미하다.
• SLy4-HFB 밀도는 12C와 같은 경량 핵에서 현상학적 밀도의 신뢰할 수 있는 대체 수단을 제공하며, 현상학적 밀도가 이용 불가능한 불안정한 핵에의 적용도 가능하게 한다.
• LDA와 BR 국소화를 포함한 미시적 접합 모델은 25 MeV 이상의 에너지에서 실험 데이터와 약 10% 이내의 결과를 도출하여 이 영역에서의 강력한 적용 가능성을 입증한다.