[论文解读] Multi-reference many-body perturbation theory for nuclei II -- Ab initio study of neon isotopes via PGCM and IM-NCSM calculations

Mikaël Frosini, T. Duguet+6 more|arXiv (Cornell University)|Nov 1, 2021

Nuclear physics research studies参考文献 73被引用 6

一句话总结

本论文采用两种互补的多体方法——投影生成坐标方法（PGCM）与介质内全核壳模型（IM-NCSM）——对氖同素体开展从头计算研究，以探究手征有效场理论（χEFT）哈密顿量中的谱学性质与系统性不确定性。尽管未包含动力学关联，PGCM仍成功捕捉了强静态关联，并重现了低激发谱，为未来通过多参考微扰理论引入动力学效应奠定了基础，相关工作详见后续论文。

ABSTRACT

The neon isotopic chain displays a rich phenomenology, ranging from clustering in the ground-state of the self-conjugate doubly open-shell stable $^{20}$Ne isotope to the physics of the island of inversion around the neutron-rich $^{30}$Ne isotope. This second (i.e. Paper II) of the present series proposes an extensive ab initio study of neon isotopes based on two complementary many-body methods, i.e. the quasi-exact in-medium no-core shell model (IM-NCSM) and the projected generator coordinate method (PGCM) that is ideally suited to capturing strong static correlations associated with shape deformation and fluctuations. Calculations employ a state-of-the-art generation of chiral effective field theory Hamiltonians and evaluate the associated systematic uncertainties. In spite of missing so-called dynamical correlations, which can be added via the multi-reference perturbation theory proposed in the first paper (i.e. Paper I) of the present series, the PGCM is shown to be a suitable method to tackle the low-lying spectroscopy of complex nuclei. Still, describing the physics of the island of inversion constitutes a challenge that seems to require the inclusion of dynamical correlations. This is addressed in the third paper (i.e. Paper III) of the present series.

研究动机与目标

• 将PGCM计算结果与偶偶氖同素体的准精确IM-NCSM结果进行基准对比。
• 利用真实的手征哈密顿量，对氖同素体链中的谱学性质提供从头计算预测。
• 评估手征有效场理论（χEFT）哈密顿量按阶次展开所产生的系统性不确定性。
• 评估PGCM与IM-NCSM结果在捕捉低激发核结构现象方面的收敛性与可靠性。

提出的方法

• 采用至多多体阶次的手征有效场理论（χEFT）哈密顿量，包含两体与三体核子相互作用。
• 将介质内全核壳模型（IM-NCSM）用作从头计算在完整A体希尔伯特空间中的准精确参考方法。
• 基于约束哈密顿-福克-巴戈留波夫（HFB）解，采用投影生成坐标方法（PGCM）以描述强静态关联与形变涨落。
• 构建了多参考微扰理论（PGCM-PT）形式化框架，本论文聚焦于PGCM的领先阶近似。
• 在电荷密度计算中引入了质心运动污染与达尔文-福尔迪相对论效应的修正。
• 通过高斯展开的质子与中子电荷形式因子计算核电荷密度，参数通过电子散射数据拟合。

实验结果

研究问题

• RQ1 与IM-NCSM结果相比，PGCM在多大程度上能准确再现偶偶氖同素体的低激发谱学性质？
• RQ2 χEFT哈密顿量中的系统性不确定性在多大程度上影响了氖同素体链中预测谱的准确性？
• RQ3 PGCM能否有效捕捉如20Ne与30Ne等核素中的静态关联（如形变与集团结构）？
• RQ4 动力学关联在描述30Ne附近的“反常区”核结构现象中起何种作用？它们如何影响PGCM结果？
• RQ5 质心运动污染与相对论修正对20Ne中计算电荷密度分布的影响如何？

主要发现

• PGCM成功再现了偶偶氖同素体（包括自共轭核20Ne）的低激发谱，证明其具备捕捉强静态关联的能力。
• IM-NCSM结果作为可靠基准，与PGCM在所研究的氖同素体低激发态上表现出良好一致性。
• 系统性不确定性通过χEFT展开被量化，显示出对多体阶次与算符截断的敏感性。
• 通过高斯混合形式因子引入电荷分布，显著提升了电荷密度计算的准确性，尤其在20Ne中表现突出。
• 尽管PGCM在捕捉静态关联方面表现成功，但其单独使用仍无法描述30Ne附近“反常区”的物理现象，表明需引入动力学关联。
• 质心运动修正与达尔文-福尔迪项被证明对准确描述电荷密度分布至关重要，尤其在轻核如20Ne中。