Neue theoretische Konzepte der Kernstrukturphysik
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- Carsten Beyer
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1 Struktur und Dynamik exotischer Kerne Neue theoretische Konzepte der Kernstrukturphysik Robert Roth Institut für Kernphysik Technische Universität Darmstadt
2 Aktuelle Herausforderungen REX-ISOLDE, RISING, AGATA... Nukleare Astrophysik Kerne abseits der Stabilität FAIR Hyperkerne
3 Aktuelle Herausforderungen REX-ISOLDE, RISING, AGATA... Nukleare Astrophysik Kerne abseits der Stabilität FAIR Hyperkerne Zuverlässige Kernstrukturtheorie für exotische Kerne
4 Aktuelle Herausforderungen REX-ISOLDE, RISING, AGATA... Nukleare Astrophysik Kerne abseits der Stabilität FAIR Hyperkerne Zuverlässige Kernstrukturtheorie für exotische Kerne Brückenschlag zwischen Niederenergie-QCD und Kernstrukturtheorie
5 Moderne Kernstrukturtheorie Kernstruktur ab initio Methoden effektive Wechselwirkungen Vielteilchenmodelle Dichtefunktionalzugänge realistische Potentiale chirale Wechselwirkungen Niederenergie-QCD
6 Moderne Kernstrukturtheorie Kernstruktur ab initio Methoden effektive Wechselwirkungen Vielteilchenmodelle Dichtefunktionalzugänge realistische Potentiale chirale Wechselwirkungen Niederenergie-QCD
7 Realistische Wechselwirkungen NN-Potential QCD motiviert: Mesonenaustauschbild Phänomenologie: kurzreichweitiges Verhalten exp. Zweinukleondaten (Streuphasen & Deuteron) mit hoher Genauigkeit reproduziert Argonne V18 Nijmegen I/II CD Bonn
8 Realistische Wechselwirkungen NN-Potential QCD motiviert: Mesonenaustauschbild Phänomenologie: kurzreichweitiges Verhalten exp. Zweinukleondaten (Streuphasen & Deuteron) mit hoher Genauigkeit reproduziert Argonne V18 Nijmegen I/II CD Bonn NNN-Potential Phänomenologische Ergänzung des Zweiteilchenpotentials Einfachste Drei-Nukleonen-Prozesse Anpassung an Bindungs- & Anregungsenergien leichter Kerne Argonne V18 + Illinois 2 CD Bonn + Tuscon Melbourne
9 Chirale Wechselwirkungen chirale effektive Feldtheorie für (π,n)-system langreichweitige Pionen-Dynamik explizit behandelt kurzreichweitige Dynamik in Kontakttermen absorbiert Niederenergiekonstanten angepaßt an experimentelle Daten (NN, πn,...) konsistente Ableitung von NN- & NNN-Wechselwirkungen (inkl. elektromag. Ströme) U.-G. Meißner W. Glöckle A. Nogga...
10 Chirale Wechselwirkungen 2N forces 3N forces 4N forces chirale effektive Feldtheorie für (π,n)-system langreichweitige Pionen-Dynamik explizit behandelt kurzreichweitige Dynamik in Kontakttermen absorbiert Niederenergiekonstanten angepaßt an experimentelle Daten (NN, πn,...) konsistente Ableitung von NN- & NNN-Wechselwirkungen (inkl. elektromag. Ströme) U.-G. Meißner W. Glöckle A. Nogga... [Meißner, NPA 751 (25) 149c]
11 Ab initio Methoden exakte Lösung des quantenmechanischen Vielteilchenproblems mit realistischen Wechselwirkungen Quanten-Monte-Carlo-Methoden Variational Monte Carlo: Energieminimierung mit Vielteilchen- Versuchswellenfunktion Green s Function Monte Carlo: Propagation in imaginärer Zeit No-Core Schalenmodell großskalige Schalenmodell-Diagonalisierung & Lee-Suzuki- Transformation
12 Green s Function Monte Carlo Energy (MeV) He 6 He 6 Li Li 5/2 5/2 7/2 1/2 3/2 5/2 5/2 7/2 1/2 3/2 8 He Argonne v 18 With Illinois-2 GFMC Calculations 22 June 24 AV18 8 Be Be 9/2 (5/2 ) 7/2 (3/2 ) 1/2 5/2 3/2 4 + (4 + ) Be 1 B [S.C. Pieper, NPA 751 (25) 516c] IL2 Exp 12 C 12 C results are preliminary.
13 Green s Function Monte Carlo Energy (MeV) He 6 He 6 Li Li 5/2 5/2 7/2 1/2 3/2 5/2 5/2 7/2 1/2 3/2 8 He Argonne v 18 With Illinois-2 GFMC Calculations 22 June 24 AV18 8 Be extrem rechenzeitintensiv 9 Be 9/2 (5/2 ) 7/2 (3/2 ) 1/2 5/2 3/2 nur für leichte Kerne realisierbar 4 + (4 + ) Be 1 B CPU-Stunden -1 [S.C. Pieper, NPA 751 (25) 516c] IL2 Exp 12 C 12 C results are preliminary.
14 Moderne Kernstrukturtheorie Kernstruktur ab initio Methoden effektive Wechselwirkungen Vielteilchenmodelle Dichtefunktionalzugänge realistische Potentiale chirale Wechselwirkungen Niederenergie-QCD
15 Moderne Kernstrukturtheorie Kernstruktur ab initio Methoden effektive Wechselwirkungen Vielteilchenmodelle Dichtefunktionalzugänge realistische Potentiale chirale Wechselwirkungen Niederenergie-QCD
16 Effektive Wechselwirkungen Anpassung der Ww. an eingeschränkte Hilberträume durch streuphasenerhaltende Transformation Niederimpuls-Wechselwirkung V lowk Renormierungsgruppenreduktion auf Niederimpuls- Ww. & Entkopplung der Beiträge zu hohen Impulsen A. Nogga H. Müther J. Wambach Unitär korrelierte Wechselwirkung V UCOM unitäre Transformation zur expliziten Beschreibung kurzreichweitiger Zentral- und Tensorkorrelationen H. Feldmeier T. Neff R. Roth zustands- & basisunabhängige Operatordarstellung
17 Universelle Vielteilchenmodelle Lösung des Vielteilchenproblems in eingeschränktem Hilbertraum mit effektiven Wechselwirkungen Hartree-Fock, RPA, Schalenmodell etc. streuphasenäquiv. effektive Wechselwirkungen als universelle Basis Fermionische Molekulardynamik (FMD) nicht-orthogonale gaußsche Basis (sphärische Zustände, intrinsische Deformation, Cluster) K. Langanke H. Müther H. Lenske J. Wambach R. Roth... H. Feldmeier T. Neff R. Roth Variation, Projektion, Multi-Konfiguration
18 FMD: Intrinsische Dichteverteilungen 4 He 16 O 4 Ca ρ (1) ( x) [ρ] 9 Be 2 Ne 24 Mg
19 FMD: Intrinsische Dichteverteilungen 4 He 16 O 4 Ca ρ (1) ( x) [ρ] beschreibt sphärische, intrinsisch deformierte Ausgangspunkt für Drehimpuls/Paritätsprojektion 9 Be und Cluster-Zustände 2 Ne 24 und Mg gleichermaßen Multi-Konfiguration
20 FMD: Struktur von 12 C E MeV C x [fm] Multi-Config 4 Multi-Config 14 Experiment Multi-Config Experiment E [ MeV] R ch [ fm] B(E2, ) [e2 fm 4 ] ± 3.3 M(E, ) [ fm2 ] ±.2
21 FMD: Struktur von 12 C E MeV C x [fm] Multi-Config 4 Multi-Config 14 Experiment -5-5 Multi-Config Experiment E [ MeV] R ch [ fm] B(E2, ) [e2 fm 4 ] ± 3.3 M(E, ) [ fm2 ] ± etc.
![FMD: Struktur von 12 C E MeV 7 75 8 85 4 Hoyle- Zustand 1 3 1 4 3 4 1 12 C 1 3 6 4 2-2 -4-6 6 4 2-2 -4-6 -6-4 -2 2 4 6-6 -4-2 2 4 6 6 4 2-2 -4-6 6 4 2-2 -4-6 -6-4 -2 2 4 6 x [fm] -6-4 -2 2 4 6 9 5 5](/docs-images/97/133332939/images/22-0.jpg "95 Multi-Config 4 Multi-Config 14 Experiment -5-5 Multi-Config Experiment E [ MeV] 92.4 92.2 R ch [ fm] 2.52 2.47 B(E2, 1 2+ 1 ) [e2 fm 4 ] 42.9 39.7 ± 3.3 M(E, 1 + 2 ) [ fm2 ] 5.67 5.5 ±.")
22 FMD: Struktur von 12 C E MeV Hoyle- Zustand C x [fm] Multi-Config 4 Multi-Config 14 Experiment -5-5 Multi-Config Experiment E [ MeV] R ch [ fm] B(E2, ) [e2 fm 4 ] ± 3.3 M(E, ) [ fm2 ] ± etc.
23 Moderne Kernstrukturtheorie Kernstruktur ab initio Methoden effektive Wechselwirkungen Vielteilchenmodelle Dichtefunktionalzugänge realistische Potentiale chirale Wechselwirkungen Niederenergie-QCD
24 Moderne Kernstrukturtheorie Kernstruktur ab initio Methoden effektive Wechselwirkungen Vielteilchenmodelle Dichtefunktionalzugänge realistische Potentiale chirale Wechselwirkungen Niederenergie-QCD
25 Dichtefunktionalzugänge Dichtefunktionalmethoden zur Beschreibung von Kernen auf Basis eines (phänom.) Energiefunktionals Relativistische Mean-Field-Modelle eff. Lagrangian mit verschiedenen Mesonenbeiträgen & dichteabhängiger Kopplung Parameter angepaßt an experimentelle Daten oder unabhängige Kernmaterierechnungen Chirale effektive Feldtheorie Energiefunktional konstruiert mittels chiraler effektiver Feldtheorie & QCD Summenregeln P. Ring H. Lenske H. Wolter J. Maruhn P.G. Reinhardt... W. Weise N. Kaiser U.-G. Meißner...
26 Chirale effektive Feldtheorie [Finelli, Kaiser, Vretenar, Weise NPA 735 (24) 449 & priv. comm.]
27 Chirale effektive Feldtheorie [Finelli, Kaiser, Vretenar, Weise NPA 735 (24) 449 & priv. comm.] Single particle energy levels (MeV) ν 56 Ni π NL3 FKVW NL3 FKVW 1f 7/2 2s 1/2 1d 3/2 1d 5/2 1p 1/2 1p 3/2 1s 1/2 1f 7/2 2s 1/2 1d 3/2 1d 5/2 1p 1/2 1p 3/2 1s 1/ F(q) Ca FKVW expt q (fm -1 ) ρ ch (fm -3 ) FKVW expt r (fm)
28 Perspektiven Weiterentwicklung innovativer, zukunftsweisender Konzepte der Kernstrukturtheorie: chirale Wechselwirkungen (NN + NNN) effektive streuphasenäquivalente Ww. (V lowk, V UCOM ) vielseitige Vielteilchenmodelle (FMD,...) Energiefuktionale aus (chiralen) effektiven Feldtheorien Anwendung auf Kerne abseits der Stabilität, Hyperkerne, astrophysikalische Reaktionen,... Aufregende Zeiten für die Kernstrukturtheorie!
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