[论文解读] Tensor force induced isospin-dependence of short-range nucleon-nucleon correlation and high-density behavior of nuclear symmetry energy

Xu Chang, Bao-An Li|arXiv (Cornell University)|Apr 11, 2011

Nuclear physics research studies参考文献 1被引用 3

一句话总结

本研究利用杰弗逊实验室（J-Lab）关于张量力诱导的同位旋依赖性短程核子-核子关联（SRC）的实验数据，约束对称核物质（SNM）和纯中子物质（PNM）中动量分布的影响。研究发现，SRC显著软化了超饱和密度下的核对称能，主要通过使SNM的状态方程变硬，而对PNM则基本无影响，从而证实了张量力在高密度对称能行为中的关键作用。

ABSTRACT

Quantitative information on the tensor force induced isospin-dependence of short-range nucleon-nucleon correlation (SRC) extracted from recent J-Lab experiments was used in constraining the high-momentum tails of single nucleon momentum distributions in both symmetric nuclear matter (SNM) and pure neutron matter (PNM). Its effects on the Equations of State of SNM and PNM as well as the nuclear symmetry energy are investigated. It is found that the tensor force induced isospin-dependence of SRC softens significantly the nuclear symmetry energy especially at supra-saturation densities.

研究动机与目标

• 量化张量力诱导的同位旋依赖性短程关联（SRC）对对称核物质（SNM）和纯中子物质（PNM）中核子动量分布高动量尾部的影响。
• 研究这些SRC效应如何影响SNM和PNM的状态方程（EOS）。
• 确定由此产生的高密度下核对称能的行为，特别是在中子星物质背景下的表现。
• 将实验SRC数据与致密富中子物质的理论建模相衔接，特别关注张量力在同位旋单态np对中的作用。

提出的方法

• 使用杰弗逊实验室（J-Lab）提供的关于同位旋依赖性SRC的定量实验数据，约束SNM和PNM中单个核子动量分布的高动量尾部。
• 应用一种包含SRC效应的核物质经验模型，通过动量分布函数 $ n(k) $ 显式处理张量力贡献。
• 采用MDI（改进的密度依赖性平均场）相互作用计算每核子的势能，其中包含涉及 $ n(k_1)n(k_2) $ 的非局部项以考虑SRC效应。
• 计算相关与非相关情况下每核子的总结合能及对称能 $ E_{\text{sym}}(\rho) = E_{\text{PNM}}(\rho) - E_{\text{SNM}}(\rho) $。
• 对比有无SRC效应的结果，以分离张量力对超饱和密度下对称能的影响。
• 利用SNM的饱和性质（结合能、不可压缩性、压强）和PNM的低密度约束来固定模型参数。

实验结果

研究问题

• RQ1 张量力诱导的SRC同位旋依赖性如何影响SNM和PNM中核子动量分布的高动量尾部？
• RQ2 这些SRC效应如何影响SNM和PNM的状态方程？
• RQ3 在超饱和密度下，包含由张量力驱动的SRC时，核对称能的密度依赖性如何改变？
• RQ4 与无同位旋依赖性SRC的模型相比，np同位旋单态对中的张量力在多大程度上软化了对称能？

主要发现

• 张量力诱导的SRC同位旋依赖性显著硬化了对称核物质（SNM）的状态方程，尤其在超饱和密度下。
• 相比之下，相同的SRC效应对纯中子物质（PNM）的状态方程影响可忽略不计。
• 因此，核对称能 $ E_{\text{sym}}(\rho) $ 在高密度下显著软化，特别是在 $ k_F > 2.0~\text{fm}^{-1} $ 时，这是由于对SNM和PNM产生差异性影响所致。
• 对称能的势能贡献 $ E_{\text{sym}}^{\text{pot}} $ 因SRC而软化，证实了张量力在高密度对称能行为中的主导作用。
• 研究结果与早期理论预测一致，即np对中的张量力可在高密度下导致对称能变软甚至为负值。
• 本工作首次提供了基于实验约束的定量评估，揭示了由张量力驱动的SRC如何塑造核对称能在高密度下的行为。