[论文解读] Neutron matter at the interface(s): static response and effective mass

Mateusz Buraczynski, Nawar Ismail+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 4, 2019

Nuclear physics research studies参考文献 77被引用 4

一句话总结

本论文通过使用核力势的Chiral和经验两体及三体相互作用，采用辅助场量子蒙特卡罗（AFDMC）模拟，实现了中子物质中有效质量的模型无关提取。结果表明，有效质量比从低密度时的单位值稳步下降至高密度时的约0.8，且在不同相互作用模型下结果稳健，有限尺寸效应经仔细外推至热力学极限。

ABSTRACT

Neutron matter is interesting both as an extension of terrestrial nuclear physics and due to its significance for the study of neutron stars. In this work, after some introductory comments on nuclear forces, nuclear ab initio theory, and nuclear phenomenology, we employ two techniques, Quantum Monte Carlo (QMC) and Energy Density Functionals, to practically handle an extended system composed of strongly interacting neutrons. We start by summarizing work on the static response of neutron matter, which considers the impact of external influences on the time-independent system. We then proceed to discuss new results of the energy of quasiparticle excitations in neutron matter, including QMC calculations with chiral or phenomenological nucleon-nucleon interactions. As part of this study, we carefully study the approach of our finite-number computations toward the infinite-system limit.

研究动机与目标

• 通过从头计算的量子蒙特卡罗方法，实现中子物质中有效质量的模型无关提取。
• 研究Chiral和经验两体及三体相互作用对不同密度下有效质量的影响。
• 对有限尺寸结果进行仔细外推，以考虑能量和响应函数中的有限尺寸效应，逼近热力学极限。
• 将提取的有效质量趋势与现有的Skyrme能量密度泛函及从头计算多体方法进行比较，评估一致性与差异。

提出的方法

• 采用具有周期性边界条件的辅助场量子蒙特卡罗（AFDMC）方法，模拟强相互作用中子的有限体系。
• 使用Chiral两体及三体核子相互作用（包括三体相互作用截断参数的变化）和经验相互作用，评估对核力模型的敏感性。
• 采用非相互作用体系作为参考，应用有限尺寸外推方案，以改善向热力学极限的收敛性。
• 通过外部微扰引起的能量位移，从静态响应函数中提取有效质量比，利用Landau参数F1s推导得出。
• 系统分析体系尺寸依赖性（N），以确定最优粒子数并验证收敛性。
• 将结果与Skyrme泛函及从头计算多体方法的文献值进行比较，评估一致性与趋势。

实验结果

研究问题

• RQ1 当通过从头计算的量子蒙特卡罗模拟提取时，中子物质中的有效质量如何随密度演化？
• RQ2 与仅使用两体相互作用相比，Chiral两体及三体相互作用在多大程度上改变了有效质量？
• RQ3 有效质量趋势对三体相互作用截断参数变化及有限尺寸效应的敏感性如何？
• RQ4 提取的有效质量比与Skyrme能量密度泛函及其他从头计算多体方法的数值结果在定量上如何比较？
• RQ5 通过QMC方法并辅以适当的有限尺寸修正，能否实现有效质量的模型无关提取？

主要发现

• 在所研究的最高密度下，中子物质中的有效质量比从低密度时的单位值稳步下降至约0.8，未观察到初始上升现象。
• 与仅含两体相互作用相比，三体核力在高密度下使有效质量略有增加，但整体趋势仍为单调下降。
• 有效质量趋势在不同核相互作用下具有鲁棒性：Chiral和经验势产生定量相似的行为，其中Chiral相互作用在最高密度下给出略高的值。
• 通过以非相互作用体系为参考的外推方案，有限尺寸效应得到良好控制，实现了向热力学极限的可靠收敛。
• 结果与Drischler等人[63]的从头计算结果在定性和定量上高度一致，但与许多Skyrme泛函不同，后者在低密度下预测有效质量大于1。
• 本研究首次通过QMC方法并辅以仔细的有限尺寸分析和多种相互作用模型，实现了中子物质中有效质量比的模型无关提取。