Struktur schwach gebundener Atomkerne und der Übergang zur Kernmaterie

• Antragsteller: Professor Dr. Herbert Müther
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 40054910

• Erstellungsjahr: 2013

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das Verständnis der Eigenschaften von Atomkernen weit ab vom Bereich der stabilen Isotope gehört zu den zentralen Herausforderungen der Kernphysik, da damit unser Verständnis vom nuklearer Bindung getestet wird und gleichzeitig wichtige Daten zur Beschreibung der Entstehung der Elemente generiert werden. So gehören die Herstellung und die Untersuchung von Isotopen abseits vom Stabilitätstal zu den Zielen der “Facility for Antiproton and Ion Research” (FAIR) an der GSI in Darmstadt. Das Ziel dieses Projektes bestand darin, eine Basis für die theoretische Untersuchung solch schwach gebundener Atomkerne zu entwickeln. Mit den gleichen Methoden können dann auch die nuklearen Strukturen in der Kruste von Neutronensternen, die für die Astrophysik von großer Relevanz sind, simuliert werden. Ausgangspunkt der Untersuchungen sind realistische Modelle der Nukleon-Nukleon (NN) Wechselwirkung, die die Daten der NN Streuung und damit die Wechselwirkung von 2 Nukleonen im Vakuum beschreiben. Um Strukturrechnungen für solche komplexe Kernsysteme zu ermöglichen wurden die Wechselwirkungen renormiert bezüglich ihrer kurzreichweitigen Komponenten. Zur Beschreibung der Sättigungseigenschaften nuklearer Materie wurde berücksichtigt, dass sich die Dirac Spinoren der Nukleonen im nuklearen Medium andern und damit auch die Wechselwirkung zwischen den Nukleonen. Diesen Effekt kann man als eine Abängigkeit der NN Wechselwirkung von der Dichte des nuklearen Mediums oder auch als Effekte einer effektiven 3 oder Mehrteilchenkraft verstehen. Ergänzt man die realistische NN Wechselwirkung um eine einfache, effektive und dichteabhängige Wechselwirkung, die diese relativistischen Effekte in der Kernmaterie reproduziert, so kann man mit diesem Modell der Wechselwirkung auch die Eigenschaften endlicher Atomkerne berechenen. Die Basisdaten der stabilen Isotope wie Bindungsenergie und Radius wurden ohne eine weitere Anpassung von Parametern sehr gut reproduziert und erste Pilotrechnungen für instabile Isotope wurden durchgeführt. Aufbauend auf den Ergebnissen dieses Projektes sind intensive Berechnungen zur Struktur schwach gebundener Atomkerne aber auch der nuklearen Strukturen in der Kruste von Neutronensternen in Arbeit.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• “Dynamical properties of the crust of neutron stars derived from realistic NN interactions”, J. of Phys. G 37 (2010) 075203
  P. Grygorov, P. Gögelein und H. Müther
  
• “Off-Shell Behavior of Nucleon Self-Energy in Asymmetric Nuclear Matter”, Phys. Rev. C 82 (2010) 014319
  E.N.E. van Dalen und H. Müther
  
• “Relativistic Effects in Nuclear Matter and Nuclei”, Int. Journ of Mod. Phys. E 19 (2010) 2077
  E.N.E. van Dalen und H. Müther
  
• “Separable form of lowmomentum realistic NN interaction”, Phys. Rev. C 82 (2010) 014315
  P. Grygorov, E.N.E. van Dalen, J. Margueron und H. Müther
  
• “Relativistic Description of Finite Nuclei Based on Realistic NN Interactions”, Phys. Rev. C84 (2011) 024320
  E.N.E. van Dalen und H. M¨ther
  
• “Relativistic nucleon optical potentials with isospin dependence in Dirac Brueckner Hartree-Fock approach”, Phys. Rev. C85 (2012) 034613
  Ruirui Xu, Zhongyu Ma, E. N. E. van Dalen und H. M¨ther