Métodos ab initio (física nuclear)

En física nuclear , los métodos ab initio buscan describir el núcleo atómico de abajo hacia arriba resolviendo la ecuación no relativista de Schrödinger para todos los nucleones constituyentes y las fuerzas entre ellos. Esto se hace exactamente para núcleos muy ligeros (hasta cuatro nucleones) o empleando ciertas aproximaciones bien controladas para núcleos más pesados. Los métodos ab initio constituyen un enfoque más fundamental en comparación con, por ejemplo, el modelo de capas nucleares . Los avances recientes han permitido el tratamiento ab initio de núcleos más pesados ​​como el níquel . ^[1]

Un desafío significativo en el tratamiento ab initio surge de las complejidades de la interacción entre nucleones. Se cree que la fuerza nuclear fuerte surge de la interacción fuerte descrita por la cromodinámica cuántica (QCD), pero la QCD no es perturbativa en el régimen de baja energía relevante para la física nuclear. Esto hace que el uso directo de la QCD para la descripción de las interacciones entre nucleones sea muy difícil (ver QCD en red ), y se debe utilizar un modelo en su lugar. Los modelos más sofisticados disponibles se basan en la teoría de campos efectivos quiral . Esta teoría de campos efectivos (EFT) incluye todas las interacciones compatibles con las simetrías de la QCD, ordenadas por el tamaño de sus contribuciones. Los grados de libertad en esta teoría son nucleones y piones , a diferencia de quarks y gluones como en la QCD. La teoría efectiva contiene parámetros llamados constantes de baja energía, que se pueden determinar a partir de datos de dispersión. ^{[1] [2]}

La EFT quiral implica la existencia de fuerzas de muchos cuerpos , en particular la interacción de tres nucleones, que se sabe que es un ingrediente esencial en el problema nuclear de muchos cuerpos. ^{[1] [2]}

Después de llegar a un hamiltoniano (basado en la EFT quiral u otros modelos), se debe resolver la ecuación de Schrödinger , donde es la función de onda de muchos cuerpos de los nucleones A en el núcleo. Se han ideado varios métodos ab initio para encontrar numéricamente soluciones a esta ecuación: ${\displaystyle H}$ $${\displaystyle H\vert {\Psi }\rangle =E\vert {\Psi }\rangle ,}$$ ${\displaystyle \vert {\Psi }\rangle }$

• Función de Green Monte Carlo (GFMC) ^[3]
• Modelo de capa sin núcleo (NCSM) ^[4]
• Clúster acoplado (CC) ^[5]
• Función de Green autoconsistente (SCGF) ^[6]
• Grupo de renormalización de similitud en el medio (IM-SRG) ^[7]

Lectura adicional

• Dean, D. (2007). "Más allá del modelo de capas nucleares". Physics Today . 60 (11): 48. Bibcode :2007PhT....60k..48D. doi :10.1063/1.2812123.
• Zastrow, M. (2017). "En la búsqueda de núcleos "mágicos", la teoría alcanza a los experimentos". Proc Natl Acad Sci USA . 114 (20): 5060–5062. Bibcode :2017PNAS..114.5060Z. doi : 10.1073/pnas.1703620114 . PMC  5441833 . PMID  28512181.

Referencias

1. Navrátil, P.; Quaglioni, S.; Hupin, G.; Romero-Redondo, C.; Calci, A. (2016). "Aproximaciones unificadas ab initio a la estructura nuclear y las reacciones". Physica Scripta . 91 (5): 053002. arXiv : 1601.03765 ​​. Bibcode :2016PhyS...91e3002N. doi :10.1088/0031-8949/91/5/053002. S2CID  119280384.
2. Machleidt, R.; Entem, DR (2011). "Teoría de campos efectivos quiral y fuerzas nucleares". Physics Reports . 503 (1): 1–75. arXiv : 1105.2919 . Bibcode :2011PhR...503....1M. doi :10.1016/j.physrep.2011.02.001. S2CID  118434586.
3. Pieper, SC; Wiringa, RB (2001). "Cálculos cuánticos de Monte Carlo de núcleos ligeros". Revista anual de ciencia nuclear y de partículas . 51 : 53–90. arXiv : nucl-th/0103005 . Código bibliográfico : 2001ARNPS..51...53P. doi : 10.1146/annurev.nucl.51.101701.132506 . S2CID  : 18124819.
4. Barrett, BR; Navrátil, P.; Vary, JP (2013). "Ab initio no core shell model". Progreso en Física de Partículas y Nuclear . 69 : 131–181. Código Bibliográfico :2013PrPNP..69..131B. doi :10.1016/j.ppnp.2012.10.003.
5. Hagen, G.; Papenbrock, T.; Hjorth-Jensen, M.; Dean, DJ (2014). "Cálculos de núcleos atómicos con grupos acoplados". Informes sobre el progreso en física . 77 (9): 096302. arXiv : 1312.7872 . Bibcode :2014RPPh...77i6302H. doi :10.1088/0034-4885/77/9/096302. PMID  25222372. S2CID  10626343.
6. Cipollone, A.; Barbieri, C.; Navrátil, P. (2013). "Cadenas isotópicas alrededor del oxígeno a partir de interacciones quirales evolucionadas de dos y tres nucleones". Physical Review Letters . 111 (6): 062501. arXiv : 1303.4900 . Código Bibliográfico :2013PhRvL.111f2501C. doi :10.1103/PhysRevLett.111.062501. PMID  23971568. S2CID  2198329.
7. Hergert, H.; Binder, S.; Calci, A.; Langhammer, J.; Roth, R. (2013). "Cálculos ab initio de isótopos de oxígeno pares con interacciones quirales de dos más tres nucleones". Physical Review Letters . 110 (24): 242501. arXiv : 1302.7294 . Código Bibliográfico :2013PhRvL.110x2501H. doi :10.1103/PhysRevLett.110.242501. PMID  25165916. S2CID  5501714.