[论文解读] Novel Nuclear Structure Aspects of the Neutrinoless Double Beta Decay

J. Menéndez, A. Poves+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 29, 2010

Neutrino Physics Research参考文献 18被引用 6

一句话总结

本文研究了核变形与四极相关性对无中微子双贝塔衰变（0νββ）核矩阵元（NMEs）的影响，表明母核与子核之间变形差异因角动量耦合不匹配而强烈抑制NME。通过广义角动量基，作者证明NME近似具有模型无关性（“普遍性”），并指出ISM与QRPA结果之间的差异源于QRPA未能正确描述四极相关性和角动量结构。

ABSTRACT

We explore the influence of the deformation on the nuclear matrix elements of the neutrinoless double beta decay (NME), concluding that the difference in deformation -or more generally in the amount of quadrupole correlations- between parent and grand daughter nuclei quenches strongly the decay. We correlate these differences with the seniority structure of the nuclear wave functions. In this context, we examine the present discrepancies between the NME's obtained in the framework of the Interacting Shell Model and the Quasiparticle RPA. We surmise that part of the discrepancy can be due to the limitations of the spherical QRPA in treating nuclei which have strong quadrupole correlations. We surmise that the NME's in a basis of generalized seniority are approximately model independent, i. e. they are "universal".

研究动机与目标

• 研究核变形与四极相关性对无中微子双贝塔衰变（0νββ衰变）核矩阵元（NMEs）的影响。
• 解决ISM与QRPA在0νββ-NME计算中长期存在的差异问题。
• 检验当以广义角动量基表示时，NME是否表现出普遍行为。
• 评估球形QRPA在描述具有强四极相关性的核时的局限性。
• 量化角动量结构在因母核与子核变形差异导致NME抑制中的作用。

提出的方法

• 在大价层空间（如r3g，使用gcn28:50相互作用）中采用相互作用壳模型（ISM）计算66Ge、76Ge、82Se、128Te等核的0νββ衰变NME。
• 采用Jastrow相关因子与Spencer-Miller参数化方法模拟短程相关性（SRC），后续通过偶极形式因子修正以考虑有限核子尺寸。
• 通过引入额外的四极-四极相互作用项（λQ·Q）在终态核（如66Se）中人为引入形变，以研究其对NME的影响。
• 将ISM结果与QRPA计算进行比较，重点关注初态与终态核波函数的角动量结构。
• 利用ISM与QRPA波函数的振幅，将ISM NME投影到广义角动量基中，以检验模型无关性。
• 定义归一化NME $ M'^{0 uetaeta} $，通过固定 $ g_A = 1.25 $ 和 $ r_0 = 1.2 $ fm，实现不同计算间的直接比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 母核与子核之间的形变差异如何影响0νββ衰变的NME？
• RQ2 为何ISM与QRPA计算在0νββ衰变中得出显著不同的NME，特别是在76Ge与82Se等核中？
• RQ3 核波函数的角动量结构在多大程度上决定了0νββ衰变中的NME？
• RQ4 NME能否以一种基表示，使其在不同理论框架下近似具有模型无关性（“普遍性”）？
• RQ5 球形QRPA框架是否能充分捕捉在0νββ衰变相关变形核中四极相关性的影响？

主要发现

• 母核与孙核之间形变差异因角动量分量不匹配而强烈抑制0νββ衰变矩阵元。
• 在A=66体系（66Ge → 66Se）中，通过添加Q·Q相互作用增强终态核（66Se）形变，可使NME降低高达50%。
• ISM与QRPA NME存在显著差异，原因在于QRPA低估了初态与终态之间角动量不匹配，尤其在形变核中更为明显。
• 当使用ISM振幅在广义角动量基中投影时，所得NME与ISM结果高度一致（如A=76时为5.73），证实该基的合理性。
• 当使用QRPA振幅在相同广义角动量基中投影时，所得NME与QRPA结果一致（如A=76时为5.73），表明该基能准确捕捉模型相关的角动量结构。
• 在48Ca衰变中，由于s=0与s=4角动量分量之间存在大而符号相反的矩阵元，导致NME被剧烈抑制（从~4.0降至0.75），凸显角动量不匹配的关键作用。