[论文解读] Superheavy toroidal nuclei in the Skyrme energy functional framework

Arkadiusz Kosior, A. Staszczak+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 23, 2017

Nuclear physics research studies参考文献 3被引用 4

一句话总结

使用 Skyrme-HFB 平均场框架与 SkM* 参数，本研究调查了超重核素（Z=120 同素及 N=184 同中子素），发现在大扁球形变（Q₂₀ ≤ -158 b）时，从双凹盘形貌突然转变为环形构型。该转变由增强的壳效应及高 Z 下近乎平坦的能量曲线引起，表明在 Z ≥ 122 附近，环形超重核可能具有潜在稳定性。

ABSTRACT

Using the Hartree-Fock-Bogoliubov (HFB) self-consistent mean-field theory with the SkM* Skyrme energy-density functional, we study nuclear structure properties of even-even superheavy nuclei (SHN) of $Z=120$ isotopes and $N=184$ isotones. The shape of the nucleus along the lowest energy curve as a function of the quadrupole moment $Q_{20}$ makes a sudden transition from the oblate spheroids (biconcave discs) to the toroidal shapes, in the region of large oblate quadrupole moments.

研究动机与目标

• 调查 Z=120 和 N=184 的超重核（SHN）中是否存在环形核结构及其稳定性。
• 研究壳效应与能量景观在大扁球形变下促成环形构型的作用。
• 确定环形 SHN 在 Z 超过 122 后变得能量有利的条件，尤其是当能量曲线变平时。
• 探索在扁球形变区域中双凹盘形与环形解共存的可能性。

提出的方法

• 采用自洽的哈特ree-福克-巴戈留晓夫（HFB）方法，结合 SkM* Skyrme 能量密度泛函。
• 在固定粒子数与四极矩 Q₂₀ 约束下，对总能量泛函 E^tot[ρ̄] 进行约束最小化。
• 使用增广拉格朗日法，通过 HFODD 代码结合三维笛卡尔变形谐振子基，求解等式约束问题。
• 追踪大扁球形变范围（Q₂₀ 从 -202 b 到 -158 b）内核密度分布与单粒子态的演化。
• 分析双凹盘形与环形解的能量曲线，以识别能量交叉点与形状转变。
• 通过分析环形与双凹盘区域的单粒子态密度，评估壳效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 在超重核中，从双凹盘形到环形构型的形状转变在何种四极形变下发生？
• RQ2 壳效应如何影响 Z=120 与 N=184 的 SHN 中环形构型的稳定性？
• RQ3 在扁球形变区域，环形能量曲线斜率如何随中子数与质子数变化？
• RQ4 当 Z 超过 122 时，环形 SHN 是否可能因能量曲线变平而变得能量有利？
• RQ5 库仑排斥力与核不可压缩性在促进环形形状形成中起何作用？

主要发现

• 在 ²⁰⁴¹²⁰₁₈₄ 中，Q₂₀ ≤ -158 b 时，双凹盘形突然转变为环形构型，标志着稳定环形解的出现。
• 对于 Z=120 同素，环形构型在 Q₂₀ = -150 b（N=166）与 Q₂₀ = -160 b（N=190）首次出现，且随着中子数增加，能量交叉点向更负的 Q₂₀ 移动。
• 对于 N=184 同中子素，所有 Z 值从 106 到 124 的双凹盘形与环形解之间的能量交叉点均出现在 Q₂₀ ≈ -180 b。
• 随着 Z 增加，环形能量曲线斜率逐渐变平，表明在 Z ≥ 122 时，可能在更大扁球形变下实现能量平衡。
• 环形区域的单粒子态密度分布不均匀，存在明显的壳隙，表明在特定形变下可能具有增强稳定性。
• 研究识别出在 Q₂₀ = -202 b（点 A）与 Q₂₀ = -158 b（点 B）之间存在双凹盘形与环形解的共存区域，两者均为自洽解。