Selbstkonsistente Beschreibung elektromagnetischer Kernanregungen für astrophysikalische Anwendungen

• Antragsteller: Professor Dr. Karlheinz Langanke; Professor Dr. Gabriel Martinez-Pinedo; Professor Dr. Paul-Gerhard Reinhard; Professor Dr. Josef Speth
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448588010

Mikroskopische Kernmodelle, die auf Energie-Dichte-Funktionalen (EDF) aufbauen, haben in den letzten Jahrzehnten ein hohes Qualitätsniveau erreicht. Die war durch zwei Herausforderungenmotiviert: erstens, der experimentelle Fortschritt, der laufend neue Information über exotische Kerne liefert, und zweitens, der Bedarf astrophysikalischer Simulationen an präzisen Vorhersagen für Kerneigenschaften weitab vom Tal der Stabilität. Trotz der Erfolge bleibt ein Aspekt, der noch nicht umfassend durch selbstkonsistente, mikroskopische Modelle erfasst wird: Eigenschaften elektromagnetischer Kernmoden. Diese aber sind wichtig zur vollständigen Beschreibung der Neutroneneinfangsraten im r-Prozess. Darum zielt das geplante Projektauf eine Erweiterung gängiger EDF-Modelle in zwei Richtungen: 1. korrekte Beschreibung magnetischer Anregungen und 2. Berechnung semi- und nicht-magischer Kerne. Formal werden magnetische Anregungen genauso wie elektrische beschrieben, nämlich durch die Random-Phase-Approximation (RPA) für die Grobstruktur der Spektren, verfeinert durch Ankopplung nuklearerPhonen im Rahmen der "Time-Blocking Approximation" (TBA). Dabei verwenden wir TBA auf dem neuesten Stand mit Einteilchenkontinuum, selbstkonsistenter Quasiteilchen-Phonon-Wechselwirkung und Renormierung der Phononen für schnellere Konvergenz. Neben der Verbesserung der EDF im Hinblick auf magnetische Moden ist eine weitere geplante Neuentwicklung die Verallgemeinerung der RPA zur Quasiteilchen-RPA (QRPA), die es erlaubt, Anregungen auch von nicht-magischen Kernen zu berechnen. Im Endergebnis erwarten wir eine zuverlässigere und umfassendere Beschreibung elektromagnetischer Reaktionsquerschnitte als Input für astrophysikalischeSimulationen. Das Projekt ist in vier Schritte eingeteilt: 1. Wir untersuchen mit vorhandenen EDF alle relevanten elektrischen und magnetischen Moden in 208Pb, bis hin zu hohen Drehimpulsen.2. Mit den Ergebnissen aus dem ersten Schritt werden die EDF nachzujustiert um elektrische und magnetische Moden gleichzeitig gut zu beschreiben. Dazu werden dir Spinfreiheitsgrade der EDF ausnutzen.3. Nachdem wir dann eine zuverlässige Beschreibung magnetischer Moden haben, werden diese in den Phonenenraum der TBA hinzugenommen. Davon erwarten wir noch mehr Feinstruktur der Anregungsspektren in experimentellen Spektren.4. Schließlich wird RPA zu QRPA ausgebaut, um auch nicht-magische Kerne zu berechnen. Der Phonenraum wird damit nochmals größer. Die Konsequenzen für die TBA-Spektren werden wir eingehend untersuchen. Für die erste Projektphase werden die nichtrelativistischen Skyrme-EDFeingesetzt, mit denen wir viel Erfahrung haben. In einer zweiten Phase nehmen wir relativitische Aspekte hinzu: Zuerst werden pi- und rho-Mesonen in der RPA-Wechselwirkung explizit hinzugenommen, danach werden die Skymre EDF durch relativistische EDF auf der Basis chiraler Potentiale ersetzt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Foundation for Basic Research, bis 3/2022
• Kooperationspartner: Dr. Nikolay Lyutorovich, bis 3/2022; Dr. Victor Tselyaev, bis 3/2022