[论文解读] Ab initio shell model with a genuine three-nucleon force for the p-shell nuclei

P. Navrátil, A. C. Hayes|CERN Bulletin|May 29, 2003

Nuclear physics research studies被引用 6

一句话总结

本论文将从头计算无核心壳模型（NCSM）扩展至包含真实的三核子力（TNI），特别是基于规范对称性的阿肯色州-梅尔伯恩TM′(99)相互作用，同时结合阿肯色州V8′核子-核子势。TNI的引入显著改善了p壳核的低激发谱描述，特别是修正了基态自旋和能级顺序——例如解决了^{10}B、^{11}B和^{12}N的基态自旋问题——表明三体力对于超越两体相互作用的精确核结构计算至关重要。

ABSTRACT

The ab initio no-core shell model (NCSM) is extended to include a realistic three-body interaction in calculations for p-shell nuclei. The NCSM formalism is reviewed and new features needed in calculations with three-body forces are discussed in detail. We present results of first applications to 6,7Li, 6He, 7,8,10Be, 10,11,12B, 12N and 10,11,12,13C using the Argonne V8' nucleon-nucleon (NN) potential and the Tucson-Melbourne TM'(99) three-nucleon interaction (TNI). In addition to increasing the total binding energy, we observe a substantial sensitivity in the low-lying spectra to the presence of the realistic three-body force and an overall improvement in the level-ordering and level-spacing in comparison to experiment. The greatest sensitivity occurs for states where the spin-orbit interaction strength is known to play a role. In particular, with the TNI we obtain the correct ground-state spin for 10,11,12B and 12N, contrary to calculations with NN potentials only.

研究动机与目标

• 将从头计算无核心壳模型（NCSM）扩展至包含p壳核的真实三核子相互作用（TNI）。
• 评估图森-梅尔伯恩TM′(99) TNI对轻质p壳核低激发谱和结合能的影响。
• 确定真实TNI的引入是否能解决仅使用两核子相互作用时观测到的基态自旋分配和能级顺序缺陷。
• 为未来使用多种TNI参数化形式及提升NCSM计算收敛性的研究奠定基础。

提出的方法

• 通过将哈密顿量修改为同时包含阿肯色州V8′两核子势和TM′(99)三核子力，将NCSM形式体系扩展以包含真实的三核子相互作用（TNI）。
• 使用有限谐振子（HO）基组，加入并随后减去质心哈密顿量以保持体系的内在性质。
• 通过幺正变换导出有效相互作用，以解耦活性（P）空间与排除（Q）空间，从而获得包含至多A体项的有效哈密顿量。
• 利用子簇近似构建三体有效相互作用，矩阵元在三体模型空间中计算。
• 计算在NCSM框架下进行，对于A ≤ 16核素截断至$N_{\text{max}}=6$，对于A=6,7截断至$N_{\text{max}}=8$，并持续努力提升收敛性。
• 该方法实现了无需额外自由参数（除A=3结合能所确定的参数外）的谱、Gamow-Teller跃迁和M1跃迁的完整从头计算。

实验结果

研究问题

• RQ1 在NCSM框架下，真实三核子力的引入如何影响p壳核的结合能和低激发谱？
• RQ2 TM′(99)三核子相互作用是否能修正仅使用两核子相互作用时在^{10}B、^{11}B和^{12}N中观测到的错误基态自旋分配？
• RQ3 与实验数据相比，TNI在多大程度上改善了能级顺序与间距，特别是在自旋-轨道劈裂重要的核素中？
• RQ4 与仅使用两核子相互作用相比，包含真实TNI的NCSM能否更准确地再现Gamow-Teller和M1跃迁强度？

主要发现

• TM′(99)三核子力的引入增加了p壳核的总结合能，改善了整体结合趋势。
• 在低激发谱中观察到对TNI的显著敏感性，特别是在以自旋-轨道劈裂主导的态中，如^{10}B、^{11}B和^{12}N的谱。
• 在引入TNI后，^{10}B、^{11}B、^{12}N和^{12}C的基态自旋被正确获得，解决了仅使用两核子作用时长期存在的失败问题。
• 与实验相比，谱中的能级顺序与间距得到显著改善，特别是在具有强自旋-轨道效应的核素中。
• Gamow-Teller跃迁，特别是^{12}C中$0^{+}_{1} \to 1^{+}_{1}$跃迁，当引入TNI后与实验的符合度明显提高。
• TNI增强了自旋-轨道效应，这对于解决^{10}B中$1^{+}_0$与$3^{+}_0$态的能级倒置至关重要，而两核子相互作用在此处失效。