基于协变密度泛函理论的原子核自洽张量力效应研究

Nuclear force is one of the most important topics in modern nuclear physics. Tensor force is an important noncentral component of the nuclear force. Constraint of the strength of tensor force in the effective interactions belongs to the critical steps for developing a universal effective interaction, and still remains an open question up to now. The covariant density functional (CDF) theory, which is based on the meson-exchange diagram of nuclear force, takes into account the tensor force via the Fock term, and thus provides self-consistent platform for exploring the effects and strength of the tensor force. Based on the CDF theory with Fock term, this project plans to intensively study the evolution of single-particle energies, spin-isospin excitations in open-shell nuclei, and β-deay half-lives. Through a quantitative analysis of the contribution of the tensor force naturally introduced via the Fock terms, the tensor-force effects on the ground- and excited-state properties will be investigated, aiming at a further understanding of the effective tensor force. Based on the investigation above and in combination with the corresponding experimental data, the meaningful guideline will be achieved for the development of more reasonable effective interactions, especially for the constraint of tensor force.

核力是现代核物理研究的核心课题之一。张量力是核力中重要的非中心成分，确定有效核力中张量力的强度，是发展普适的有效相互作用的关键环节之一，也是目前仍有待解决的开放性问题。基于核力的介子交换图像建立的协变密度泛函理论，通过Fock项自然地引入了张量力成分，为张量力的研究提供了自洽的理论平台。项目拟基于含Fock项的协变密度泛函理论，系统研究单粒子能级结构演化、开壳核自旋-同位旋激发以及β衰变寿命，并通过定量提取Fock项中自然引入的张量力成分的贡献，探索原子核基态和激发态特性中的张量力效应，深化对有效核力中张量力特性的理解。在此基础上，结合相关的实验数据，为有效核力的研究，特别是张量力强度的约束提供有价值的参考。

张量力是核子-核子相互作用的重要成分，但有效核力中张量力的强度仍旧是一个待解决的开放性问题。张量力效应的研究，对有效核力和核多体理论的发展有着重要的意义。本工作基于相对论Hartree-Fock（RHF）理论以及新发展的张量力提取公式，研究了原子核基态壳演化、中子滴自旋-轨道劈裂以及原子核自旋同位旋激发中的张量力效应，同时对张量力的强度进行了探索，为有效相互作用的发展提供了有价值的参考。.研究了Sn同位素链质子态1h11/2和1g7/2能隙随中子数的演化，以及 N= 82同中子素链中子态1i13/2和1h9/2能隙随质子数的演化。发现主要来自pi介子赝矢量耦合的张量力对再现能隙演化趋势有着重要作用，并且适当地增大pi介子耦合强度可以改善对上述能隙演化的描述。.以第一性原理的Brueckner-Hartree-Fock（RBHF）计算结果作为“准实验数据”，研究了中子滴单粒子自旋-轨道劈裂的演化。通过完全平均场层次上的对比发现，介子赝矢量耦合的交换项起着至关重要的作用，并且其中的张量力占主导地位。平权地考虑各相邻闭（亚）壳中子滴之间的演化斜率，发现当pi介子赝矢量耦合强度整体扩大至原来的约1.4倍时，或其密度依赖系数减小至原来的约0.3倍时，分别给出两种方式下的最佳结果，并且相比之下后者更为有效，为“tensor renormalization persistency”这一观点提供了定量的支持。.发展了包含rho介子张量耦合的无规相位近似完全自洽计算，并研究了原子核的Gamow-Teller 共振中的张量力效应。研究表明，现有的RHF有效相互作用中的张量力较弱，在激发态中的效应较不明显，因而对原子核贝塔衰变寿命的影响也很弱。我们将在后续研究中增强张量力强度，并在此基础上进一步研究其对激发态和衰变寿命的影响，这也将为张量力的约束提供重要参考。.我们尝试发展了新的有效相互作用，以期恰当地约束张量力的强度。相比于PKO1，这组新相互作用的pi介子耦合强度较小（约为前者的一半），新参数组的张量力强度显著强于PKO1，大约为后者的两倍。新有效相互作用对于原子核质量和半径的描述精度与PKO1可以比拟，并且显著改善了对单粒子壳结构演化和中子滴自旋-轨道劈裂的描述。