[论文解读] Ab Initio Structure of p-Shell Nuclei with Chiral Effective Field Theory and Daejeon16 Interactions

Pieter Maris, Ik Jae Shin+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 1, 2019

Nuclear physics research studies参考文献 1被引用 6

一句话总结

本研究采用基于有效场论的LENPIC N2LO和经验性Daejeon16核子-核子相互作用，利用全配置无核心（NCFC）方法对p壳核进行从头计算。两种相互作用均与实验结合能和激发谱具有良好一致性，但Daejeon16在描述11Be和12B等核的宇称反转基态及低激发态方面表现更优，且外推不确定性更小。

ABSTRACT

We present No-Core Full Configuration results for the ground state energies of all particle-stable p-shell nuclei, as well as the excitation energies of more than 40 narrow states, excluding isobaric analog states. We used the chiral LENPIC nucleon-nucleon plus three-nucleon interaction at N2LO with semi-local coordinate space regulators, and also the phenomenological Daejeon16 nucleon-nucleon potential. With simple exponential extrapolations of the total energies of each state, binding energies and spectra are found to be in good agreement with experiment. Both interactions produce a trend towards some overbinding of nuclei at the upper end of the p-shell.

研究动机与目标

• 利用真实两体和三体核子相互作用，为p壳核的基态和激发态提供高精度ab initio预测。
• 评估基于有效场论（χEFT）的相互作用（LENPIC N2LO）与经验性相互作用（Daejeon16）在描述核谱学方面的性能。
• 评估有限基组ab initio计算中外推不确定性的角色及其对理论与实验一致性的影响。
• 识别相互作用在p壳上部区域的系统性缺陷，并比较不同相互作用的预测能力。
• 确定在特定态（如宇称反转基态）中差异的主要原因：是连续介质物理效应还是相互作用细节。

提出的方法

• 采用无核心全配置（NCFC）方法，在谐振子基组中求解核多体问题，并通过外推将有限基组结果延伸至连续极限。
• 多体哈密顿量包含来自有效场论（χEFT）的两体（NN）和三体（3N）相互作用，其中LENPIC N2LO使用半局部坐标空间截断。
• Daejeon16是一种基于χEFT至N3LO的经验性NN势，随后通过幺正相等变换（PETs）改善非壳层行为并减少高动量分量。
• 计算在谐振子单粒子态的斯莱特行列式基组中进行，对质子和中子分别处理以保持电荷依赖性。
• 基于在逐渐增大的模型空间中总能量的指数拟合，采用外推技术估算连续极限，并量化不确定性。
• 计算了22个p壳核（排除同位旋镜像态）中74个态的谱学可观测量——结合能和激发能——并与实验结果进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在ab initio计算中，基于有效场论的相互作用（LENPIC N2LO）与经验性相互作用（Daejeon16）在多大程度上能再现p壳核的结合能和激发谱？
• RQ2 NCFC方法中外推不确定性在多大程度上影响核谱学理论预测的可靠性？
• RQ3 为何LENPIC N2LO相互作用无法正确再现12B的基态自旋和宇称，也未能正确描述11Be的宇称反转基态，而Daejeon16却能成功？
• RQ4 在描述低激发态（如10Be中6.2 MeV处的0+态）方面，Daejeon16与LENPIC N2LO相比表现如何？
• RQ5 上p壳核中观察到的过度结合趋势，是源于相互作用的局限性，还是基组截断与外推方法的限制？

主要发现

• 采用LENPIC N2LO和Daejeon16相互作用的NCFC方法，其结合能和激发谱与实验结果具有良好一致性，且外推不确定性足够小，可进行有意义的比较。
• Daejeon16的外推不确定性更小，且与实验的一致性优于LENPIC N2LO，尤其在p壳上部区域表现更佳。
• Daejeon16正确预测了11Be中的宇称反转基态（1/2−），而LENPIC N2LO将非自然宇称态的能量位置过高。
• Daejeon16成功再现了10Be中6.2 MeV处的0+激发态，而LENPIC N2LO未能生成该核中低激发的0+态。
• 对于12B，Daejeon16正确预测基态为1+，第一激发态为2+，而LENPIC N2LO错误地颠倒了这两个态的能级顺序。
• 两种相互作用均表现出系统性趋势：在p壳末端核中出现过度结合，表明需进一步改进两体和三体核力。