Θεωρητική μελέτη ιδιοτήτων εξωτικών πυρηνών στα πλαίσια της σχετικιστικής θεωρίας μέσου πεδίου

Abstract

This thesis is a theoretical study of the properties of stable and particularly exotic nuclei within covariant density functional theory (CDFT). This theory is based on Relativistic Mean Field (RMF) model. In this thesis a new parametrization for the Langrangian of the RMF model is proposed. The new force, which is named NL3*, improves the description of the ground state properties of all nuclei at and away from stability line and simultaneously provides an excellent description of excited states with collective character in spherical as well as in deformed nuclei. The impact of pairing correlations on the fission barriers in Relativistic Hartree Bogoliubov (RHB) theory and Relativistic Mean Field (RMF)+BCS calculations is investigated. It is concluded that the constant gap approximation in the usual RMF+BCS calculations does not provide an adequate description of the barriers. The RHB calculations show that there is a substantial difference in the predicted barrier heights between zero-range and finite range pairing forces even in the case when the pairing strengths are adjusted to the same value of the pairing gap at the ground state. The role of the pion in CDFT is also investigated. Starting from conventional RMF theory with a non-linear coupling of the σ-meson and without exchange terms we add pions with a pseudo-vector coupling to the nucleons in relativistic Hartree-Fock approximation. In order to take into account the change of the pion field in the nuclear medium the effective coupling constant of the pion is treated as free parameter. It is found that the inclusion of the pion to this sort of density functionals does not destroy the overall description of the bulk properties by RMF. On the other hand, the non-central contribution of the pion (tensor coupling) does have effects on single particle energies and on binding energies of certain nuclei. Finally, the masses of more than 400 nuclei, for which there is experimental information for the binding energy, are calculated within the Relativistic Hartree Bogoliubov model with the effective force DD-ME2 and the Gogny force for the p-p channel. The comparison with experimental is excellent. The r.m.s deviation between theoretical and experimental binding energies is about 0.9 MeV. This is a clear indication of the role of the medium effects and the isospin component of the nuclear interaction. It is also clear that the pairing part of Gogny force is an excellent approximation for the p-p channel of the nuclear force.

Στη διατριβή αυτή πραγματοποιήθηκε μια θεωρητική μελέτη των ιδιοτήτων σταθερών και ιδιαίτερα εξωτικών πυρήνων στα πλαίσια της συμμεταβλητής θεωρίας συναρτησοειδών πυκνότητας, η οποία βασίζεται στο μοντέλο της Σχετικιστικής Θεωρίας Μέσου Πεδίου. Αρχικά, προτείνεται μια νέα παραμετροποίηση της λανγκρανζιανής του μοντέλου της Σχετικιστικής Θεωρίας Μέσου Πεδίου. Η νέα αυτή δύναμη, που ονομάζεται NL3*, βελτιώνει την περιγραφή των ιδιοτήτων της βασικής κατάστασης όλων των πυρήνων πάνω στη γραμμή σταθερότητας και πέρα από αυτή. Ταυτόχρονα παρέχει μια εξαιρετική περιγραφή των διεγερμένων καταστάσεων με συλλογικό χαρακτήρα σε σφαιρικούς και παραμορφωμένους πυρήνες. Στα πλαίσια των θεωριών Relativistic Hartree Bogoliubov και Relativistic Mean Field (RMF+BCS) μελετάται η επίδραση των συσχετίσεων ζεύγους στα ύψη των φραγμάτων σχάσης. Συμπεραίνεται επίσης ότι στους RMF+BCS υπολογισμούς με την προσέγγιση σταθερού χάσματος δεν παρέχεται μια ικανοποιητική περιγραφή των φραγμάτων. Στους RHB υπολογισμούς φαίνεται ότι υπάρχει μια αξιοσημείωτη διαφορά στα προβλεπόμενα ύψη φραγμάτων μεταξύ δυνάμεων πεπερασμένης και μηδενικής εμβέλειας. Επίσης, μελετήθηκε ο ρόλος του πιονίου στα πλαίσια της συμμεταβλητής θεωρίας συναρτησοειδών πυκνότητας. Ξεκινώντας από τη συμβατική θεωρία RMF χωρίς όρους ανταλλαγής, προσθέτουμε πιόνια με μια ψευδοδιανυσματική σύζευξη στα πλαίσια της σχετικιστικής προσέγγισης Hartree-Fock. Προκειμένου να λάβουμε υπόψη τη μεταβολή του πεδίου του πιονίου στο πυρηνικό μέσο, η ενεργός σταθερά σύζευξης του πιονίου θεωρείται ως μια ελεύθερη παράμετρος. Διαπιστώνεται ότι η εισαγωγή του πιονίου με αυτό τον τρόπο στα συναρτησοειδή πυκνότητας έχει μια επίδραση στις μονοσωματιδιακές ενέργειες και στις ενέργειες σύνδεσης συγκεκριμένων πυρήνων. Τέλος, έχουν υπολογιστεί μάζες σε περισσότερους από 400 πυρήνες για τους οποίους υπάρχει πειραματική πληροφορία για τις ενέργειες σύνδεσης, στα πλαίσια του μοντέλου RHB με την ενεργό δύναμη DD-ME2 και την δύναμη Gogny για το κανάλι σωματιδίου-σωματιδίου. Η ενεργός απόκλιση μεταξύ των θεωρητικών και πειραματικών ενεργειών σύνδεσης είναι γύρω στα 0.9 MeV. Αυτή είναι μια ξεκάθαρη απόδειξη του ρόλου των φαινομένων μέσου και της συνιστώσας του ισοσπίν της πυρηνικής αλληλεπίδρασης. Είναι επίσης ξεκάθαρο ότι το κομμάτι που αφορά τη σύζευξη της δύναμης Gogny είναι μια εξαιρετική προσέγγιση για το κανάλι σωματιδίου-σωματιδίου της πυρηνικής δύναμης.