[论文解读] Kinetic symmetry energy of nucleonic matter with tensor correlations

O. Hen, Bao-An Li+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 4, 2014

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 3被引用 1

一句话总结

本论文通过考虑短程张量关联，特别是中子-质子对中的关联，提出了相关核物质中动能对称能 E^kin_sym(0) 的解析模型。该模型利用中等能量碰撞中的实验自由中子/质子比，得出 E^kin_sym(0) = 3.8 ± 0.7 MeV，显著低于自由费米气体模型预测的 12.5 MeV，同时给出了 E^kin_sym(ρ) 的密度依赖性解析表达式。

ABSTRACT

sym( 0), equals the dierence in the per-nucleon kinetic energy between pure neutron matter (PNM) and symmetric nuclear matter (SNM), which is often calculated in a simple Fermi gas model. However, experiments show that about 20% of nucleons in nuclei belong to high-momentum correlated pairs. Short-range correlations (SRC) due to the tensor force acting predominantly on neutron-proton pairs shift nucleons to high momentum in SNM where there are equal numbers of neutrons and protons, but have almost no eect in PNM. We present an approximate analytical expression for E kin( 0) of correlated nucleonic matter. We further constrain our model with data on free neutron/proton ratios measured recently in intermediate energy nucleus-nucleus collisions to obtain E kin sym( 0) = 3:8 0:7 MeV. This result agrees qualitatively with microscopic many-body calculations and diers signicantly from the 12.5 MeV obtained for a free Fermi gas with no correlations. We also present an approximate analytical expression for the kinetic symmetry energy of correlated nucleonic matter as a function of nuclear density, E kin sym( ).

研究动机与目标

• 开发一个考虑核物质中张力力引起的短程关联（SRC）的模型，尤其关注对称核物质（SNM）和纯中子物质（PNM）中的情况。
• 在忽略关联效应的自由费米气体近似之外，量化动能对称能 E^kin_sym(0)。
• 利用近期中等能量核-核碰撞中自由中子/质子比的实验数据，对模型进行约束。
• 推导出相关核物质中密度依赖性动能对称能 E^kin_sym(ρ) 的解析表达式。

提出的方法

• 引入由张力力引起的短程关联（SRC），这些关联主要影响中子-质子对，使对称核物质中的核子向高动量区域移动，但在纯中子物质中则无显著影响。
• 采用微扰方法计算对称核物质与纯中子物质之间单位核子动能差，以考虑 SRC 的影响。
• 利用中等能量核-核碰撞中的实验自由中子/质子比作为约束条件，以确定模型参数。
• 基于关联引起的动能修改，推导出 E^kin_sym(ρ) 关于核密度 ρ 的解析表达式。
• 将所得 E^kin_sym(0) 与自由费米气体模型的预测值（12.5 MeV）以及显微多体计算结果进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 与自由费米气体模型相比，张力力引起的短程关联如何改变对称核物质中的动能对称能？
• RQ2 在包含关联效应的情况下，动能对称能 E^kin_sym(0) 的值是多少？其与标准费米气体模型预测值相比有何差异？
• RQ3 中等能量碰撞中的实验自由中子/质子比在多大程度上约束了相关核物质中的动能对称能？
• RQ4 能否推导出一个包含短程关联效应的、解析的、密度依赖性的 E^kin_sym(ρ) 表达式？

主要发现

• 当考虑短程关联时，动能对称能 E^kin_sym(0) 的值为 3.8 ± 0.7 MeV，显著低于自由费米气体模型预测的 12.5 MeV。
• E^kin_sym(0) 的降低主要源于张力力关联的非对称效应：它们使对称核物质中的核子向高动量区域移动（因存在 np 对），但在纯中子物质中影响可忽略。
• 该模型的预测与显微多体计算结果定性一致，验证了 SRC 在改变动能贡献中的作用。
• 推导出了密度依赖性动能对称能 E^kin_sym(ρ) 的解析表达式，为研究其在不同核密度下的行为提供了可能。
• 中等能量碰撞中的实验中子/质子比提供了关键约束，使模型的定量预测得以锚定。