DOI: https://doi.org/10.1016/j.physletb.2026.140264
تاريخ النشر: 2026-02-07
المؤلف: X.F. Jiang وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات أبحاث الفيزياء النووية
نظرة عامة
تقدم البحث طريقة سعة نهائية للكيانات شبه الجسيمات تستند إلى نظرية هارتري-بوغوليوبوف النسبية المشوهة، وتطبق بشكل خاص على استجابة المضاعفات غير تبادلية الشحنة. مع التركيز على نظائر المغنيسيوم الغنية بالنيوترونات، تبحث الدراسة في استجابة ثنائي القطب الكهربائي الإيزوفيكتور، خاصة في منطقة الطاقة المنخفضة. تشير النتائج إلى أن قوة ثنائي القطب في الطاقة المنخفضة تزداد مع عدد النيوترونات، مما يظهر تعزيزًا كبيرًا في نوى الهالة المشوهة \(^{42}\text{Mg}\) و \(^{44}\text{Mg}\).
في هذه النظائر، تتأثر حالات \(K^\pi = 1^-\) التي تقل عن 3 ميغا إلكترون فولت بشكل أساسي بالانتقالات من الجزء “الهالة” من المدارات الفردية للنيوترونات. يكشف تحليل كثافات الانتقال عن تذبذب منخفض التردد، خارج الطور بين هالة النيوترون والنواة. تساهم هذه الرؤى في فهم ميكروسكوبي للرنين اللين لثنائي القطب الذي لوحظ في \(^{42}\text{Mg}\) و \(^{44}\text{Mg}\).
مقدمة
تناقش مقدمة هذه الورقة البحثية استكشاف النوى الغريبة الواقعة بعيدًا عن خط الاستقرار β، مما أدى إلى اكتشاف ظواهر متنوعة مثل نوى الهالة، وأرقام سحرية جديدة، ورنينات صغيرة. وقد تطلبت هذه الاكتشافات تقدمًا في مرافق أشعة الأيونات المشعة وطرحت تحديات للنظريات النووية الحالية. ظهرت نظرية الوظيفة الكثافة النسبية (DFT) كإطار قوي لوصف الخصائص النووية، خاصة من خلال تطوير نظرية هارتري-بوغوليوبوف النسبية المستمرة (RCHB)، التي تأخذ في الاعتبار بشكل فعال علاقات الاقتران وتأثيرات الاستمرارية في النوى الغريبة. لقد وصفت نظرية RCHB بنجاح حالات الأرض لكل من النوى الكروية والمشوهة، متنبئة بظواهر مثل الهالات في نظائر معينة.
لمعالجة التعقيدات المرتبطة بالنوى الغريبة المشوهة، تم تطوير نظرية هارتري-بوغوليوبوف النسبية المشوهة في الاستمرارية (DRHBc)، مما يسمح بدراسة نظائر متنوعة والتنبؤ بالرنينات اللينة لثنائي القطب. تصبح طريقة تقريب الطور العشوائي (RPA)، على الرغم من استخدامها على نطاق واسع للاهتزازات الجماعية، مكثفة حسابيًا بالنسبة للنوى المشوهة. كبديل، تم تنفيذ طريقة السعة النهائية (FAM) ضمن كل من أطر DFT غير النسبية والنسبية، مما أثبت كفاءته في تحليل الاهتزازات النووية. تسلط المقدمة الضوء على أهمية الرنين اللين لثنائي القطب (PDR) في النوى الغنية بالنيوترونات، والتي تؤثر على معدلات التقاط النيوترونات في عمليات النيوكليوسينثيس. كما توضح الورقة تطوير طريقة السعة النهائية للكيانات شبه الجسيمات (QFAM) استنادًا إلى نظرية DRHBc، بهدف دراسة استجابات ثنائي القطب الكهربائي الإيزوفيكتور في نظائر المغنيسيوم الغنية بالنيوترونات، مع التركيز بشكل خاص على الرنين اللين المتوقع لثنائي القطب في نوى الهالة المشوهة.
النتائج
تكشف نتائج الدراسة حول نظائر المغنيسيوم الغنية بالنيوترونات الزوجية ($^{28-44}$Mg) أن هذه النظائر، التي تم حسابها باستخدام نظرية DRHBc مع الوظيفة PC-PK1، تظهر تشوهًا ممدودًا، باستثناء $^{32}$Mg الكروية. من الجدير بالذكر أن $^{42}$Mg و $^{44}$Mg تم تحديدهما كنوى هالة مشوهة. تم حساب وظائف قوة ثنائي القطب الكهربائي الإيزوفيكتور بشكل منهجي، مما يظهر سلوكيات مميزة لحالات K$^\pi = 0^-$ و K$^\pi = 1^-$. وظيفة القوة K$^\pi = 0^-$ تم إزاحتها نحو الأحمر بسبب التشوه الممدود، بينما لوحظت تعزيزات كبيرة في قوة K$^\pi = 1^-$ في $^{42}$Mg و $^{44}$Mg، خاصة تحت 6 ميغا إلكترون فولت.
يكشف التحليل الإضافي لوظائف قوة ثنائي القطب تحت 6 ميغا إلكترون فولت عن قمم K$^\pi = 1^-$ إضافية في $^{42}$Mg و $^{44}$Mg، تُعزى إلى الانتقالات من مستويات فردية معينة للنيوترونات، مما يشير إلى هيمنة مساهمات الهالة في هذه الحالات. توضح كثافات الانتقال أن حالات K$^\pi = 1^-$ تتوافق مع تذبذبات منخفضة التردد لهالة النيوترون مقابل النواة، مما يوفر رؤى حول ظواهر الرنين اللين لثنائي القطب في هذه النوى الهالة المشوهة. بشكل عام، تعزز النتائج فهم الهياكل الميكروسكوبية والاهتزازات الجماعية في نظائر المغنيسيوم الغنية بالنيوترونات.
المناقشة
في هذا القسم، يقدم المؤلفون طريقة السعة النهائية للكيانات شبه الجسيمات (QFAM) التي تم تطويرها ضمن إطار نظرية هارتري-بوغوليوبوف النسبية المشوهة في الاستمرارية (DRHBc) للتحقيق في الاهتزازات المضاعفة. يقومون بتحليل استجابات ثنائي القطب الكهربائي الإيزوفيكتور في نظائر المغنيسيوم الغنية بالنيوترونات الزوجية، مع التركيز بشكل خاص على نوى الهالة المشوهة \(^{42}\text{Mg}\) و \(^{44}\text{Mg}\). تشير النتائج إلى أن التشوه يؤدي إلى انقسام الرنينات العملاقة لثنائي القطب المميزة بـ \(K^\pi = 0^-\) و \(K^\pi = 1^-\). من الجدير بالذكر أنه بينما تظهر النظائر \(^{28}\text{Mg}\) إلى \(^{40}\text{Mg}\) وظائف قوة مماثلة لكلا نوعي الرنين تحت 6 ميغا إلكترون فولت، تظهر \(^{42}\text{Mg}\) و \(^{44}\text{Mg}\) تعزيزًا كبيرًا في قوة \(K^\pi = 1^-\)، مع قمم إضافية عند 2.50 ميغا إلكترون فولت و 2.30 ميغا إلكترون فولت، على التوالي.
يكشف التحليل الإضافي لدرجات حرارة تقريب الطور العشوائي للكيانات شبه الجسيمات (QRPA) أن هذه الحالات \(K^\pi = 1^-\) مدفوعة بشكل أساسي بالانتقالات من مستويات النيوترونات الفردية الهالة، وخاصة الحالات \(1/2^-\) و \(3/2^-\) بالقرب من سطح فيرمي. تشير كثافات الانتقال إلى أن النيوترونات والبروتونات تتذبذب في الطور داخل النواة، بينما خارجها، تتذبذب النيوترونات فقط خارج الطور مع النواة. توفر هذه البنية المكانية لكثافة الانتقال، جنبًا إلى جنب مع المساهمات الكبيرة من حالات النيوترونات الفردية الهالة، فهمًا ميكروسكوبيًا مفصلاً لظواهر الرنين اللين لثنائي القطب التي لوحظت في \(^{42}\text{Mg}\) و \(^{44}\text{Mg}\).
DOI: https://doi.org/10.1016/j.physletb.2026.140264
Publication Date: 2026-02-07
Author(s): X.F. Jiang et al.
Primary Topic: Nuclear physics research studies
Overview
The research presents a quasiparticle finite amplitude method grounded in the deformed relativistic Hartree-Bogoliubov theory, specifically applied to the noncharge-exchange multipole response. Focusing on neutron-rich magnesium isotopes, the study investigates the isovector electric dipole response, particularly in the low-energy region. The findings indicate that the low-energy dipole strength increases with the neutron number, exhibiting significant enhancement in the deformed halo nuclei \(^{42}\text{Mg}\) and \(^{44}\text{Mg}\).
In these isotopes, the \(K^\pi = 1^-\) states below 3 MeV are primarily influenced by transitions from the “halo” portion of the single-neutron orbitals. The analysis of transition densities reveals a low-frequency, out-of-phase oscillation between the neutron halo and the core. These insights contribute to a microscopic understanding of the soft dipole resonance observed in \(^{42}\text{Mg}\) and \(^{44}\text{Mg}\).
Introduction
The introduction of this research paper discusses the exploration of exotic nuclei located far from the β-stability line, which has led to the discovery of various phenomena such as halo nuclei, new magic numbers, and pygmy resonances. These findings have necessitated advancements in radioactive ion beam facilities and have posed challenges to existing nuclear theories. The relativistic density functional theory (DFT) has emerged as a robust framework for describing nuclear properties, particularly through the development of the relativistic continuum Hartree-Bogoliubov (RCHB) theory, which effectively accounts for pairing correlations and continuum effects in exotic nuclei. The RCHB theory has successfully described ground states of both spherical and deformed nuclei, predicting phenomena such as halos in specific isotopes.
To address the complexities associated with deformed exotic nuclei, the deformed relativistic Hartree-Bogoliubov theory in continuum (DRHBc) was developed, allowing for the study of various isotopes and the prediction of soft dipole resonances. The random phase approximation (RPA) method, while widely used for collective excitations, becomes computationally intensive for deformed nuclei. As an alternative, the finite amplitude method (FAM) has been implemented within both nonrelativistic and relativistic DFT frameworks, proving efficient for analyzing nuclear excitations. The introduction highlights the significance of the pygmy dipole resonance (PDR) in neutron-rich nuclei, which influences neutron capture rates in nucleosynthesis processes. The paper also outlines the development of the quasiparticle finite amplitude method (QFAM) based on DRHBc theory, aimed at studying isovector electric dipole responses in neutron-rich magnesium isotopes, particularly focusing on the predicted soft dipole resonance in deformed halo nuclei.
Results
The results of the study on neutron-rich even-even magnesium isotopes ($^{28-44}$Mg) reveal that these isotopes, calculated using the DRHBc theory with the PC-PK1 functional, exhibit prolate deformation, with the exception of the spherical $^{32}$Mg. Notably, $^{42}$Mg and $^{44}$Mg are identified as deformed halo nuclei. The isovector electric dipole strength functions were systematically calculated, showing distinct behaviors for the K$^\pi = 0^-$ and K$^\pi = 1^-$ states. The K$^\pi = 0^-$ strength function is red-shifted due to prolate deformation, while significant enhancements in the K$^\pi = 1^-$ strength are observed in $^{42}$Mg and $^{44}$Mg, particularly below 6 MeV.
Further analysis of the dipole strength functions below 6 MeV reveals additional K$^\pi = 1^-$ peaks in $^{42}$Mg and $^{44}$Mg, attributed to transitions from specific single-neutron levels, indicating a dominance of halo contributions in these states. The transition densities illustrate that the K$^\pi = 1^-$ states correspond to low-frequency oscillations of the neutron halo against the core, providing insights into the soft dipole resonance phenomena in these deformed halo nuclei. Overall, the findings enhance the understanding of the microscopic structures and collective excitations in neutron-rich magnesium isotopes.
Discussion
In this section, the authors present the quasiparticle finite amplitude method (QFAM) developed within the framework of deformed relativistic Hartree-Bogoliubov theory in continuum (DRHBc) to investigate multipole excitations. They specifically analyze the isovector electric dipole responses in neutron-rich even-even magnesium isotopes, particularly focusing on the deformed halo nuclei \(^{42}\text{Mg}\) and \(^{44}\text{Mg}\). The findings indicate that deformation leads to a splitting of the giant dipole resonances characterized by \(K^\pi = 0^-\) and \(K^\pi = 1^-\). Notably, while isotopes \(^{28}\text{Mg}\) to \(^{40}\text{Mg}\) exhibit similar strength functions for both resonance types below 6 MeV, \(^{42}\text{Mg}\) and \(^{44}\text{Mg}\) show a significant enhancement in the \(K^\pi = 1^-\) strength, with additional peaks at 2.50 MeV and 2.30 MeV, respectively.
Further analysis of the quasiparticle random phase approximation (QRPA) amplitudes reveals that these \(K^\pi = 1^-\) states are primarily driven by transitions from the halo single-neutron levels, particularly the \(1/2^-\) and \(3/2^-\) states near the Fermi surface. The transition densities indicate that neutrons and protons oscillate in phase within the nucleus, while outside, only neutrons oscillate out of phase with the core. This spatial structure of the transition density, combined with the significant contributions from halo single-neutron states, offers a detailed microscopic understanding of the soft dipole resonance phenomena observed in \(^{42}\text{Mg}\) and \(^{44}\text{Mg}\).