Métodos ab initio (física nuclear)

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

Física nuclear • Núcleo • Nucleones (p, n) • Materia nuclear • Fuerza nuclear • Estructura nuclear • Procesos nucleares

Fundamentación

Un desafío importante en el tratamiento ab initio surge de las complejidades de la interacción en el interior de los núcleos. Se cree que la fuerza nuclear fuerte surge de la interacción nuclear fuerte descrita por la cromodinámica cuántica (CDC), pero no es determinante en el régimen de baja energía relevante para la física nuclear. Esto hace que el uso directo de la CDC para la descripción de las interacciones entre núcleos sea muy difícil (véase retículo CDC), y en su lugar se deben usar otras consideraciones. Los modelos más sofisticados disponibles se basan en teoría del campo efectivo quiral. Esta teoría de campo efectivo (TCE) incluye todas las interacciones compatibles con las simetrías de la CDC, ordenadas por el tamaño de sus contribuciones. Los grados de libertad en esta teoría dependen de los nucleones y los piones, en vez de los cuarks y los gluones considerados en la CDC. La teoría efectiva contiene parámetros llamados constantes de baja energía, que pueden determinarse a partir de datos dispersos.^[1][2]

La TCE quiral implica la existencia de las fuerzas entre numerosos cuerpos, en particular la interacción de tres nucleidos, que se sabe que es un elemento esencial en el problema nuclear en el que intervienen muchos cuerpos.^[1][2]

Después de plantear un sistema de ecuaciones Hamiltoniano ${\displaystyle H}$ (basado en la TCE quiral u otros modelos), se debe resolver la ecuación de Schrödinger:

${\displaystyle H\vert {\Psi }\rangle =E\vert {\Psi }\rangle ,}$

donde ${\displaystyle \vert {\Psi }\rangle }$ es la función de onda de muchos cuerpos de los A nucleones que forman parte de un núcleo atómico. Se han ideado varios métodos ab initio para encontrar numéricamente soluciones a esta ecuación:

• Función de Green de Montecarlo (GFMC)^[3]
• Modelo de recubrimiento sin núcleo (NCSM)^[4]
• Agregado acoplado (coupled cluster o CC)^[5]
• Función de Green autoconsistente (SCGF)^[6]
• Grupo de renormalización de similitud en medio (IM-SRG)^[7]

Véase también

• Gota líquida
• Modelo de capas nuclear
• Modelo de bosones interactivos

Lecturas adicionales

• Dean, D. (2007). «Beyond the nuclear shell model». Physics Today 60 (11): 48. Bibcode:2007PhT....60k..48D. doi:10.1063/1.2812123.
• Zastrow, M. (2017). «In search for "magic" nuclei, theory catches up to experiments». Proc Natl Acad Sci U S A 114 (20): 5060-5062. Bibcode:2017PNAS..114.5060Z. PMC 5441833. PMID 28512181. doi:10.1073/pnas.1703620114.

Referencias

1. Navrátil, P.; Quaglioni, S.; Hupin, G.; Romero-Redondo, C.; Calci, A. (2016). «Unified ab initio approaches to nuclear structure and reactions». Physica Scripta 91 (5): 053002. Bibcode:2016PhyS...91e3002N. S2CID 119280384. arXiv:1601.03765. doi:10.1088/0031-8949/91/5/053002.
2. Machleidt, R.; Entem, D.R. (2011). «Chiral effective field theory and nuclear forces». Physics Reports 503 (1): 1-75. Bibcode:2011PhR...503....1M. S2CID 118434586. arXiv:1105.2919. doi:10.1016/j.physrep.2011.02.001.
3. Pieper, S. C.; Wiringa, R. B. (2001). «Quantum Monte Carlo calculations of light nuclei». Annual Review of Nuclear and Particle Science 51: 53-90. Bibcode:2001ARNPS..51...53P. S2CID 18124819. arXiv:nucl-th/0103005. doi:10.1146/annurev.nucl.51.101701.132506.
4. Barrett, B.R.; Navrátil, P.; Vary, J.P. (2013). «Ab initio no core shell model». Progress in Particle and Nuclear Physics 69: 131-181. Bibcode:2013PrPNP..69..131B. doi:10.1016/j.ppnp.2012.10.003.
5. Hagen, G.; Papenbrock, T.; Hjorth-Jensen, M.; Dean, D. J. (2014). «Coupled-cluster computations of atomic nuclei». Reports on Progress in Physics 77 (9): 096302. Bibcode:2014RPPh...77i6302H. PMID 25222372. S2CID 10626343. arXiv:1312.7872. doi:10.1088/0034-4885/77/9/096302.
6. Cipollone, A.; Barbieri, C.; Navrátil, P. (2013). «Isotopic Chains Around Oxygen from Evolved Chiral Two- and Three-Nucleon Interactions». Physical Review Letters 111 (6): 062501. Bibcode:2013PhRvL.111f2501C. PMID 23971568. S2CID 2198329. arXiv:1303.4900. doi:10.1103/PhysRevLett.111.062501.
7. Hergert, H.; Binder, S.; Calci, A.; Langhammer, J.; Roth, R. (2013). «Ab Initio Calculations of Even Oxygen Isotopes with Chiral Two-Plus-Three-Nucleon Interactions». Physical Review Letters 110 (24): 242501. Bibcode:2013PhRvL.110x2501H. PMID 25165916. S2CID 5501714. arXiv:1302.7294. doi:10.1103/PhysRevLett.110.242501.

• Datos: Q30602181