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1 目次. 基底状態の記述平均場方程式の導出計算の方法例 : 分子と原子核. 時間依存問題への拡張低エネルギー原子核衝突線形応答と光吸収 : 分子と原子核 3. 配位混合計算 - C 原子核を例に - 4. 光と物質の相互作用を記述する大規模計算戦略プログラム分野 の課題として

2 軽い原子核のクラスター相関 C 4 He 4 He 4 He 結合エネルギー 9.6 MeV α 粒子の結合エネルギー 3 個分 8.9 MeV * 3 = MeV C を 3 つの α 粒子に分解するのに必要なエネルギーは 7.7 MeV cf: 6.0 MeV 陽子分離エネルギー 8.7 MeV 中性子分離エネルギー

3 クラスター構造 池田図 結合エネルギーの飽和した物質では原子核を分割するのにさほどエネルギーは必要ない 様々な分割に応じた分子構造が現れる (60 年代終わりから 日本の理論グループが活躍 )

4 C 原子核の低エネルギー励起状態に現れる構造 7.7 MeV 3α theshold Excitatio eegy (MeV) MeV (Hoyle state) 4.44 MeV goud states 0 state (7.65 MeV) - F. Hoyle により 重元素生成に必要だとして存在が予言される (95) 後に実験的に見つかる - 3つのα 粒子がボーズ凝縮した状態として理解できる Tohsai, Hoiuchi, Schuc, Roepe, PRL87, 950 (00). Fuai, Tohsai, Hoiuchi, Schuc, Roepe, PRC67, (003). Φ,, = A Π f Ri φ,, 4 φ 5,, 8 φ 9,, i =,3 ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

5 トリプルアルファ反応率を巡る最近の論争 ( 宣伝 ). 高温 (T 0 8 K) では共鳴状態を経由して反応 4 He 4 He 8 Be*(0 ) 4 He 8 Be* C*(0 ) C( ) C(0 ) Hoyle state. 低温 (T 0 8 K) では三粒子が直接衝突して反応 4 He 4 He 4 He C( ) C(0 ) 先行研究の値 CDCC :(K. Ogata. et al., PTP (009) 055.) HHR : (.B.guye. et al., axiv:.36.(0)) Faddeev : (S.Ishiawa, FBS Olie Fist(0)) 虚時間法 を用いた計算結果 ( 赤堀 船木 矢花 ) ACRE:(C.Aglo. et al., PA656(999)3.) 宇宙物理学で用いられている値 0 7 T [K] 0 9

6 0 状態や他の状態を記述する様々な試みが進行中 Gee s fuctio Mote Calo statig with ealistic foce (R.B. Wiiga, as of 00) Ati-symmetized molecula dyamics (Kaada-E yo) Mote-Calo o-coe shell model I pogess (Abe, Otsua et.al)

7 変分モンテカルロ法による原子核の第一原理計算 (Agoe atioal Lab. の理論グループ ) 8 Be 原子核に現れる α 構造

8 ( ) j i j i i i E H x x v m H Ψ = Ψ = <, なるべく現実的な核力から出発して 正確にシュレディンガー方程式を解く殻模型 ( ) ( ) ( ) ( ) { } max det!,,, c i i i = Φ Φ = Ψ φ φ φ 3 次元調和振動子波動関数から作られる Slate 行列式を重ね合わせる 反対称化分子動力学 (AMD) ( ) ( ) ( ) ( ) { } ( ) = = Φ Φ = Ψ exp det!,,, ν ν φ φ φ φ i i i Z c コヒーレント状態から作られる Slate 行列式を重ね合わせる Z も変分パラメータとする Φ J MK P ( ) γ β α αβγ z y z ij ij ij J MK J MK e e e D d P Ω * このままではパリティ 角運動量の固有状態にならないので 射影する 直交基底非直交基底

9 Syme-Hatee-Foc 法による基底状態計算 C 6 O 0 e 6 ucleos (0s) (0p 3/ ) 4 8 ucleos (0s) (0p 3/ ) 4 (0p / ) 0 ucleos (0s) (0p 3/ ) 4 (0p / ) (0d 5/ ) 結合エネルギー (MeV) [SLy4] C 6 O 0 e E(exp) E(cal) E(cal)/A E(spi-obit) 体力のスピン 軌道相互作用の寄与 iw 0 ( σ σ ) ' δ ( ) i j i j

10 虚時間法で計算を行うと その途中に様々なクラスター状態が現れる - 初期波動関数は ガウス波束 ( 中心は乱数で決める ) - 虚時間法による基底状態計算

11 虚時間法で計算を行うと その途中に様々なクラスター状態が現れる - 初期波動関数は ガウス波束 ( 中心は乱数で決める ) - 虚時間法による基底状態計算

12 配位混合計算 : 虚時間法計算の途中に現れる波動関数を重ね合わせる さまざまな初期波動関数から虚時間計算を行い 途中に現れる波動関数を保存する 典型的に 50 個程度 Ψ = Φ = c Φ det! { ( φ ) ( x )} i j 50 Total Eegy [MeV] C 30 MeV # of iteatios

13 Example of selected Slate detemiats fo C 3

14 パリティと角運動量の射影 角運動量射影演算子 パリティ射影の演算子 配位混合計算 射影した後の空間で ハミルトニアンを対角化する (±) h iiii,jjkk EE JJ ± (±) iiii,jjkk gg jjkk = 0 JJ h iiii,jjkk Ψ ii HH PP KKKK PP (±) Ψ jj JJ iiii,jjkk Ψ ii PP KKKK PP (±) Ψ jj

15 ],, [ ΦΨ ΦΨ ΦΨ Ψ Φ Ψ Φ J dh H τ ( ) ( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( )( ) ( ) p p C p p p p p p p J J J W H t J J t t t t t t t t t t x x t m H = τ τ τ τ ( ) ( )Ψ Φ = ΦΨ ˆ h iiii,jjkk Ψ ii HH PP KKKK JJ PP (±) Ψ jj エネルギー密度が与えられている場合に どのようにして行列要素を求めるのか? 密度を遷移密度に置き換える この手続きは エネルギー密度が演算子 ( 体力 3 体力 ) から得られている場合は厳密 そうではない場合 (E= 4/3 など ) には 射影に際してトラブルとなる場合もある

16 数値的な側面 空間格子の数 : 0x0x0 程度 最も計算時間を要するのは 射影を伴う行列要素の計算 角運動量射影であれば オイラー角を離散化して積分する αα, ββ, γγ = (8, 30, 8) JJ h iiii,jjkk Ψ ii HH PP KKKK PP (±) Ψ jj JJ iiii,jjkk Ψ ii PP KKKK PP (±) Ψ jj 典型的に 50 個の Slate 行列式で 500 coe * 0 hous Slate 行列式が非直交であるため 数値的な困難が発生する

17 ノルム固有値 JJ iiii,jjkk Ψ ii PP KKKK PP (±) Ψ jj (J=0, ij=-45) 基底関数の非直交性のため 多くの固有値が 0 に近い. C J π =0 Eigevalues of om matix Basis idex

18 ノルム固有値 JJ iiii,jjkk Ψ ii PP KKKK PP (±) Ψ jj (J=, ij=-45) 場合によっては 固有値が負になってしまう C J π = ノルム固有値の絶対値 Basis idex

19 計算の収束性 ( 信頼度 ) を確認するため 異なる Slate 行列式の組を用いた計算で 結果を比較してみる JJ ππ = 0 異なる初期波動関数を用いて 45 個の Slate 行列式を 0 セット作り 配位混合計算を行う 下から 3 つまでは セットの中でゆらぎが小さく 信頼できそう,,.(0 sets) 0/3/6 9

20 C SLy4, 45SDs JJ ππ = 0 JJ ππ = JJ ππ = 4 JJ ππ = JJ ππ = JJ ππ = 3 0/3/6 0

21 C の構造 : 正パリティ C 0 aow : B(E) value (e fm 4 ) liea chai (0 3 ) Syme paamete : SLy4 Excitatio Eegy [MeV] ± 7.6 ± ± ± ± 0. Hoyle state (0 ) Goud state (0 ) Total Eegy CAL : MeV EXP : -9. MeV cf. HF : MeV Total eegy is well epoduced. (coelatio eegy: 4.7 MeV) 0 EXP CAL - 基底状態バンドは良く再現できている - d 0 状態は 3α 構造をもっている - 3 d 0 状態はバンドを形成 直線状の 3α 構造 /4

22 C の構造 : 負パリティ C egative paity Excited eegy [MeV] Ovelap KK ππ = 85.0% 73.0% KK ππ = % 4 7.8% EXP CAL Eegy is slightly too high, but ode of levels is epoduced. ad states ae KK ππ =, 3 4 states ae KK ππ = 3 /4

23 C : 正パリティ C Excited eegy [MeV] aows : B(E) value ( e fm 4 ) 3 ± ± EX CAL P Hoyle state (0 ). 46.3%. 4.% % % % Goud state (0 ). 90.4%. 87.4% % % % 重なりの定義 Ψ JJJJ Φ ii JJ PP MMMM JJ PP MMMM PP ππ Φ ii PP ππ Φ ii Hatee-Foc 計算の解 は 基底状態の主要な成分にはならない. ホイル状態は 多くの Slate 行列式の重ね合わせで記述されている 3/4

24 6 O の構造 : 正パリティ 6 O aows : B(E) value ( e fm 4 ) α- C POSITIV E paity Excited eegy [MeV] 76 ± 3 50 ± 8 EXP CAL ovelap % 66.4% 4 43.% α- C 回転構造が現れるが エネルギーがやや高すぎる JJ ππ JJ ππ B(E) は過小評価 4/4

25 6 O の構造 : 負パリティ 6 O EGATIVE paity Excited eegy [MeV] EXP aows : B(E) value ( e fm 4 ) CAL α- C α- C cluste state is descibed p-h excitatios ae epoduced well. JJ ππ JJ ππ paticle-hole excitatio 5/4

26 0 e の構造 : 正パリティ 0 e aows : B(E) value ( e fm 4 ) α- 6 O POSITIVE paity Excited eegy [MeV] EXP 66 ± 8 7 ± 7 CAL 57 ± ovelap 0 8.4% 83.% % Total bidig eegy: Exp 60 MeV, Calc. 63MeV. (Coelatio eegy 6 MeV) JJ ππ JJ ππ Goud bad B(E) is epoduced, howeve, the momet of ietia is oveestimated 6/4

27 0 e の構造 : 負パリティ 0 e aows : B(E) value ( e fm 4 ) EGATIVE paity KK ππ = 0 Ovelap 78.7% % % < ± 6 77 ± 6 3 ± 9 JJ ππ EXP JJ ππ CAL α- 6 O KK ππ = (0p) - (sd) 5 stuctue Ovelap 90.5% % % % ivesio doublet pate is descibed but appea too high. K π = - bad with (0p) - (sd) 5 stuctue is epoduced. 7/4

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