[论文解读] Isovector giant monopole and quadrupole resonances in a Skyrme energy density functional approach with axial symmetry

Kenichi Yoshida|arXiv (Cornell University)|Jul 2, 2021

Nuclear physics research studies参考文献 76被引用 4

一句话总结

本研究利用具有轴对称性的Skyrme能量密度泛函，系统研究了形变核中的同位旋矢量巨单极和巨四极共振。通过Kohn–Sham–Bogoliubov与准粒子随机相位近似方法，揭示了单极与四极强度的形变诱导劈裂，且在形变核中，由于密度分布的各向异性，低激发K态的强度显著增强。

ABSTRACT

[Background] Giant resonance (GR) is a typical collective mode of vibration. The deformation splitting of the isovector (IV) giant dipole resonance is well established. However, the splitting of GRs with other multipolarities is not well understood. [Purpose] I explore the IV monopole and quadrupole excitations and attempt to obtain the generic features of IV giant resonances in deformed nuclei by investigating the neutral and charge-exchange channels simultaneously. [Method] I employ a nuclear energy-density functional (EDF) method: the Skyrme-Kohn-Sham-Bogoliubov and the quasiparticle random-phase approximation are used to describe the ground state and the transition to excited states. [Results] I find the concentration of the monopole strengths in the energy region of the isobaric analog or Gamow-Teller resonance irrespective of nuclear deformation, and the appearance of a high-energy giant resonance composed of the particle-hole configurations of $2\hbar \omega_0$ excitation. Splitting of the distribution of the strength occurs in the giant monopole and quadrupole resonances due to deformation. The lower $K$ states of quadrupole resonances appear lower in energy and possess the enhanced strengths in the prolate configuration, and vice versa in the oblate configuration, while the energy ordering depending on $K$ is not clear for the $J=1$ and $J=2$ spin-quadrupole resonances. [Conclusions] The deformation splitting occurs generously in the giant monopole and quadrupole resonances. The $K$-dependence of the quadrupole transition strengths is largely understood by the anisotropy of density distribution.

研究动机与目标

• 系统描述形变核中的同位旋矢量巨共振（IVGRs），包括中性与电荷交换通道。
• 理解同位旋与空间自由度中核形变引起的IVGR强度分布劈裂机制。
• 探讨K量子数（角动量投影）在四极共振中的作用及其与核形貌的依赖关系。
• 为具有轴对称性的开放壳核建立电（ΔS=0）与磁（ΔS=1）同位旋矢量激发的一致理论框架。
• 将理论预测与实验可观测量（如Gamow–Teller共振与同质异位素镜像共振）相联系。

提出的方法

• 采用Skyrme–Kohn–Sham–Bogoliubov（KSB）方法自洽求解具有轴对称性的形变核基态。
• 利用准粒子随机相位近似（QRPA）描述基于KSB基态的集体激发态。
• 采用SkM*参数化的核能量密度泛函（EDF）处理平均场，配对关联采用混合类型配对相互作用。
• 在坐标空间中使用二维圆柱形网格（h = 0.6 fm）求解KSB与QRPA方程，对准粒子态截断至60 MeV。
• 在QRPA中设定2准粒子态能量截断为70 MeV，以确保收敛性与稳定性。
• 分析ΔTz = 0, ±1与J = 0, 2共振的跃迁强度与能量分布，重点关注K依赖的结构特征。

实验结果

研究问题

• RQ1 核形变如何影响同位旋矢量巨单极与巨四极共振强度的劈裂？
• RQ2 K量子数在决定同位旋矢量四极共振的能量与强度分布中起何种作用？
• RQ3 在形变核中，中性（ΔTz = 0）与电荷交换（ΔTz = ±1）通道的IVGR如何相互作用？
• RQ4 四极跃迁强度的K依赖性在多大程度上由形变核中密度分布的各向异性所决定？
• RQ5 单极强度分布是否可在不同形变形状下一致描述，尤其与Gamow–Teller共振及同质异位素镜像态的关系如何？

主要发现

• 无论核形变如何，同位旋矢量单极强度均强烈集中于同质异位素镜像共振与Gamow–Teller共振的能量区域。
• 一个由2ℏω₀粒子-空穴激发组成的高能巨共振在单极强度分布中表现为一个清晰的峰。
• 形变导致单极与四极共振均出现劈裂，其中在长形核中低K态出现在较低能量，而在扁平核中则出现在较高能量。
• 在长形构型中，K = 0与K = 1四极态表现出增强的跃迁强度，而在扁平核中则呈现相反趋势。
• 在J = 2四极共振中，K态的能量顺序不明确，表明形变与角动量耦合之间存在复杂相互作用。
• 四极跃迁强度的K依赖性主要由形变核中密度分布的各向异性所解释。