Towards a unified description of quantum liquid and cluster states in atomic nuclei within the relativistic energy density functional framework

par Petar Marević

Thèse de doctorat en Structure et réactions nucléaires

Sous la direction de Elias Khan.

Le président du jury était Peter Schuck.

Le jury était composé de Elias Khan, Peter Schuck, Matko Milin, Luis Robledo, Nicolas Schunck, Dario Vretenar, Jean-Paul Ebran.

Les rapporteurs étaient Matko Milin, Luis Robledo.

  • Titre traduit

    Vers une description unifiée des états nucléaires de type liquide quantique et cluster à l'aide de fonctionnelles de la densité relativistes


  • Résumé

    Dans cette thèse, nous développons un modèle collectif de la structure du noyau préservant les symétries, basé sur la théorie des fonctionnelles de la densité relativistes. Les états de référence à déformation quadrupole/octupole et à symétrie axiale sont générés en résolvant les équations de Hartree-Bogoliubov relativistes. Nous employons la fonctionnelle avec couplage ponctuel covariant DD-PC1 dans le canal particule-trou de l'interaction effective, tandis que la force d'appariement non-relativiste séparable dans l'espace des impulsions est utilisée dans le canal particule-particule. Les corrélations collectives relatives à la restauration des symétries brisées sont prises en compte en projetant les états de référence à la fois sur les bonnes valeurs du moment angulaire, de la parité et du nombre de particules. L'étape suivante consiste à combiner les états à symétries restaurées à l'aide du formalisme de la méthode de la coordonnée génératrice. Ceci nous permet d'obtenir des prédictions spectroscopiques détaillées, incluant les énergies d'excitation, les moments multipolaires électromagnétiques et les taux de transition, ainsi que les facteurs de forme élastique et inélastique. La méthode décrite est globale et peut être employée pour l'étude de la structure de nucléides très divers. Comme première application de ce modèle, nous étudierons la formation de clusters dans les noyaux légers. Le clustering nucléaire peut être considéré comme étant un phénomène de transition entre les phases liquide quantique et solide des noyaux finis. En contraste avec l'image conventionnelle du liquide quantique homogène, la localisation spatiale des particules alpha donne une image du noyau atomique similaire à une molécule. Nous réalisons en particulier une analyse complète de la collectivité quadrupole-octupole et des structures de cluster dans les isotopes du néon. Une attention particulière est accordée au cas de l'isotope ²⁰Ne, dans lequel il semble que les structures de cluster apparaissent dès l'état fondamental. Nous étudions également la structure à basse énergie de l'isotope ¹²C. Nous concentrons notre analyse sur la structure en bandes construite à partir d'états 0⁺ qui manifestent une grande variété de formes, notamment les configurations triangulaires de la bande de Hoyle ainsi que des chaînes linéaires 3-alpha dans des états de plus haute énergie.


  • Résumé

    In this thesis we develop a symmetry-conserving collective model for nuclear structure studies based on the relativistic energy density functional framework. Axially-symmetric quadrupole- and octupole-deformed reference states are generated by solving the relativistic Hartree-Bogoliubov equations. In the particle-hole channel of the effective interaction we employ the covariant point-coupling DD-PC1 functional, while the non-relativistic pairing force separable in momentum space is used in the particle-particle channel. Collective correlations related to restoration of broken symmetries are accounted for by simultaneously projecting reference states on good values of angular momenta, parity, and particle numbers. In the next step, symmetry-restored states are mixed within the generator coordinate method formalism. This enables us to obtain detailed spectroscopic predictions, including excitation energies, electromagnetic multipole moments and transition rates, as well as both the elastic and inelastic form factors. The described framework is global and it can be employed in various nuclear structure studies across the entire nuclide chart. As a first application, we will study formation of clusters in light nuclei. Nuclear clustering is considered to be a transitional phenomenon between quantum-liquid and solid phases in nuclei. In contrast to the conventional homogeneous quantum-liquid picture, spatial localization of alpha-particles gives rise to a molecule-like picture of atomic nuclei. In particular, we carry out a comprehensive analysis of quadrupole-octupole collectivity and cluster structures in neon isotopes. A special attention is paid to the case of self-conjugate ²⁰Ne isotope, where cluster structures are thought to form already in the ground state. Finally, we study the low-lying structure of ¹²C isotope. We focus on the structure of bands built on 0⁺ states that are known to manifest a rich variety of shapes, including the triangular configurations of the Hoyle band and 3-alpha linear chains in higher states.


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