[论文解读] Scale Dependence of Nucleon-Nucleon Potentials

Omar Benhar|arXiv (Cornell University)|Mar 27, 2019

Advanced NMR Techniques and Applications被引用 5

一句话总结

本文通过将经验模型（如AV18）与规范有效场论（χEFT）相互作用进行比较，研究了核子-核子势的尺度依赖性。研究发现，尽管χEFT势在能量高于约100 MeV时无法准确描述短程动力学，但经验势在描述与中子星物理相关的致密核物质方面仍更优越。

ABSTRACT

The scale-dependence of the nucleon-nucleon interaction, which in recent years has been extensively analysed within the context of chiral effective field theory, is, in fact, inherent in any potential models constrained by a fit to scattering data. A comparison between a purely phenomenological potential and local interactions derived from chiral effective field theory suggests that--thanks to the ability to describe nucleon-nucleon scattering at higher energies, as well as the deuteron momentum distribution extracted from electro-disintegration data--phenomenological potentials are best suited for the description of nuclear dynamics at the scale relevant to neutron star matter.

研究动机与目标

• 评估核物质和中子星物理背景下核子-核子相互作用的尺度依赖性。
• 评估规范有效场论（χEFT）势是否能准确描述超核密度下的核动力学。
• 比较经验势（如AV18）与从规范拉格朗日量导出的局部χEFT相互作用的预测能力。
• 确定χEFT在与中子星核心相关的较高能量和密度下的局限性。
• 评估不同NN势模型在致密物质的量子蒙特卡洛和多体计算中的适用性。

提出的方法

• 将阿贡$ v_{18} $（AV18）经验势与在N2LO下从规范EFT导出的局部坐标空间相互作用进行比较。
• 使用辅助场扩散蒙特卡洛（AFDMC）技术计算轻核的基态能量和电荷半径。
• 利用AV18和χEFT势分析氘核结合能的动能与势能贡献分解。
• 通过$ R_0 $评估相移拟合和规范依赖性，以评估接触项耦合常数的收敛性和自然性。
• 研究提高动量空间截断$ \Lambda $或减小规范范围$ R_0 $对增强短程强度的影响。
• 利用多个经验势（如AV14和UV14）的不确定性估计，评估纯中子物质中模型依赖性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在质心系能量超过100 MeV时，N2LO局部规范EFT势在描述核子-核子散射方面表现如何？
• RQ2 与χEFT相比，经验势（如AV18）在再现氘核性质和短程核动力学方面表现如何？
• RQ3 在更高阶（最高至N4LO）下，规范展开在高能区描述NN散射数据时的收敛性如何？
• RQ4 在χEFT中，通过提高动量空间截断$ \Lambda $或减小规范范围$ R_0 $，能否获得适用于致密核物质且不引入非自然耦合常数的势？
• RQ5 在密度高达$ 3n_0 $时，不同NN势模型在纯中子物质方程状态中的不确定性如何比较？

主要发现

• 在质心系能量超过约100 MeV时，N2LO局部χEFT势无法准确描述核子-核子相互作用，特别是在短程动力学方面。
• AV18经验势在描述氘核结合能及其动能/势能分解方面，显著优于N2LO χEFT势。
• 当$ R_0 = 1.0 $ fm时，N2LO χEFT势给出的氘核结合能为-2.203 MeV，而AV18为-2.225 MeV，表明存在微小但系统性的偏差。
• 通过提高截断$ \Lambda $或减小$ R_0 $以增强短程强度，会导致接触项耦合常数出现非自然值，从而削弱χEFT的预测能力。
• 相移分析表明，即使在N3LO下且$ \Lambda \gtrsim 5 $ GeV时，规范展开在高部分波下仍未收敛至实验数据。
• 在密度$ n \gtrsim 3n_0 $时，AV14与UV14势之间纯中子物质相互作用能量的差异保持在20%以内，表明经验模型在高密度下具有鲁棒性。