[论文解读] Nuclear landscape in a mapped collective Hamiltonian from covariant density functional theory

Yilong Yang, Y. K. Wang+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 30, 2021

Nuclear physics research studies参考文献 58被引用 64

一句话总结

本研究通过PC-PK1密度泛函将五维集体哈密顿量（5DCH）微观映射至三轴相对论哈odge-Bogoliubov（RHB）计算中，以包含超越平均场的动力学关联能（DCEs），实现无参数的微观映射。引入三轴形变和DCEs显著改善了中等至重核实验结合能的描述，且由于PC-PK1具有独特的同位旋矢量性质，使预测的核图谱（特别是中子滴线）较以往的协变密度泛函（如DD-PC1和TMA）得到显著扩展。

ABSTRACT

The nuclear landscape has been investigated within the triaxial relativistic Hartree-Bogoliubov theory with the PC-PK1 density functional, and the beyond-mean-field dynamical correlation energies are taken into account by a microscopically mapped five-dimensional collective Hamiltonian without additional free parameters. The effects of triaxial deformation and dynamical correlations on the nuclear landscape are analyzed. The present results provide the best description of the experimental binding energies, in particular for medium and heavy mass regions, in comparison with the results obtained previously with other state-of-the-art covariant density functionals. The inclusion of the dynamical correlation energies plays an important role in the PC-PK1 results. It is emphasized that the nuclear landscape is considerably extended by the PC-PK1 functional in comparison with the previous results with other density functionals, which may be due to the different isovector properties in the density functionals.

研究动机与目标

• 通过三轴RHB与PC-PK1密度泛函系统研究核稳定极限（双质子滴线与双中子滴线）。
• 分析三轴形变与超越平均场动力学关联能（DCEs）对核图谱的影响。
• 将PC-PK1预测的核滴线与结合能精度同以往协变密度泛函（DD-PC1与TMA）进行比较。
• 验证DCEs在提升核图谱上理论结合能与实验数据一致性方面的作用。

提出的方法

• 采用三轴RHB理论在全β-γ形变平面（0° ≤ γ ≤ 60°）上计算中等质量至重核（8 ≤ Z ≤ 104）的平均场解。
• 使用PC-PK1密度泛函作为能量泛函，并采用有限范围可分配对相互作用（G = 728 MeV·fm³）描述配对关联。
• 应用微观映射的五维集体哈密顿量（5DCH）计算超越平均场的动力学关联能（DCEs），无需额外参数。
• DCE定义为平均场基态与通过求解5DCH得到的集体0⁺₁态之间的能量差。
• 施加绝热形变约束以确保在β-γ平面上的收敛性，最大β值设定为Z < 20时为1.20，重核时为0.72。
• 仅考虑在整个β-γ平面上化学势为负的核素；对壳闭合核素，将DCE设为零以避免出现物理上不合理的关联。

实验结果

研究问题

• RQ1 三轴形变与超越平均场动力学关联能如何影响双质子与双中子滴线位置的预测？
• RQ2 PC-PK1密度泛函在核图谱上预测结合能的性能与DD-PC1和TMA相比如何？
• RQ3 DCEs在多大程度上提升了理论结合能与实验数据的一致性，特别是在中等与重质量核区？
• RQ4 为何PC-PK1预测的核图谱比其他协变密度泛函更广泛？

主要发现

• 通过5DCH引入动力学关联能后，偶偶核实验结合能的均方根（rms）偏差降低至1.14 MeV，与DD-MEB1和DD-MEB2等泛函的精度相当。
• 由于引入了DCEs，实验结合能的描述显著改善，尤其在中等与重质量区域。
• PC-PK1预测的双中子滴线比DD-PC1和TMA更靠外，主要归因于不同密度泛函在同位旋矢量性质上的差异。
• 三轴形变对平均场能量影响较小，但对DCEs有决定性作用，而DCEs对准确预测结合能至关重要。
• 与DD-PC1和TMA的先前结果相比，PC-PK1显著扩展了核图谱，表明核稳定性的外推更具现实性。
• 结果表明，5DCH映射提供了一种可靠、无参数的方法，可将超越平均场效应纳入大规模核结构计算中。