Extending the nuclear cranking model to tilted axis rotation and alternative mean field potentials

Abstract

The nuclear model for three dimensional cranking is extended to include a generalization of the Strutinski renormalization procedure from principal axis cranking to cranking about an tilted axis. A new computer code has been written for realistic, full-scale calculations within the three dimensional cranking model. The code is developed for calculations to produce output of high precision to allow resolution of the often weak energy variations with the tilting angles of the direction of the cranking vector. The code also allows eigenvalues and angular momentum expectation values from another mean-field potential, to be input for the calculation of total quantities such as total energy and spin. The papers contain results from the first applications of the program.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Den föreliggande doktorsavhandlingen handlar om en kärnfysikalisk modell, kallad cranking-modellen, för beräkningar av egenskaper hos snabbt roterande atomkärnor. I modellen tvingas ett deformerat (icke-klotformat) kraftfält att rotera kring en axel genom masscentrum, samtidigt som partiklarna i atomkärnan, protonerna och neutronerna, rör sig i sina s.k. banor inuti den begränsningsyta, eller form, som kraftfältet definierar. Modellen kombinerar klassisk fysik för rotationen av begränsningsytan, och kvantmekanik för de banor som partiklarna inuti kan röra sig i. Modellen har funnits i ungefär 50 år, men har i de allra flesta fall använts under antagandet att kraftfältet roterar kring en s.k. tröghetsaxel, då det går att argumentera att för en klassisk fast kropp som roterar är det mest gynnsamt (ger lägst energi) att rotera kring den kortaste av tröghetsaxlarna.



Men cranking-modellen går att generalisera till rotation kring en godtycklig axel genom masscentrum, vilket kallas tre-dimensionell cranking. Det har visats, att under vissa omständigheter av kvantmekanisk natur, kan det vara gynnsamt med rotation kring en axel som inte sammanfaller med en tröghetsaxel, s.k. tiltad rotation. I cranking-modellens bild av atomkärnan kan protonerna och neutronerna nämligen placeras i olika banor, och för vissa val av banor kan tiltad rotation bli extra gynnsam. Arbetet har till stor del bestått i att skriva ett nytt datorprogram för storskaliga beräkningar inom modellen för tre-dimensionell cranking, men också av att vidareutvecka delar av den vanliga cranking-modellen till att gälla för tre-dimensionell cranking. Det nyskrivna programmet har använts för beräkningar på framförallt 166-Hf (Hafnium 166) som har 72 protoner och 94 neutroner, i sökandet efter gynnsam tiltad rotation.



Avsnittet "The model and the program" innehåller en beskrivning av den tre-dimensionella cranking-modellen och de tillägg som gjorts, samt en beskrivning av det datorprogram som utvecklats.



I artikel 1 har särskilda egenskaper för tiltad rotation påvisats angående översättningen av energier från ett referenssystem som följer med i kärnans rotation till ett referenssystem som ser kärnan rotera (laboratoriesystemet). För tiltad rotation i s.k. icke-självkonsistenta punkter behöver partiklar ofta placeras i höga banor sett inifrån kärnan, för att generera den energi för hela kärnan som är lägst i laboratoriesystemet.



I artikel 2 har ett alternativt kraftfält för partiklarna, givet av den s.k. folded-Yukawa potentialen, generaliserats till s.k. triaxial deformation, och roterats inom cranking-modellen. Banornas energier i folded-Yukawa potentialen har jämförts med motsvarande energier i det kraftfält som är standard i programmet, givet av den s.k. modifierade oscillator-potentialen. Likaså har det s.k. tröhetsmomentet beräknats och jämförelser gjorts mellan de två potentialerna.



I artikel 3 redovisas beräkningar på 166-Hf med den tre-dimensionella cranking-modellen. För denna atomkärna hittades tiltade rotationer, men de är allra lägst i energi bara för mycket snabb rotation 70 hbar De banor för enskilda partiklar som orsakar tiltade rotationer är identifierade i tre analyserade exempel. Något ändrade val av antalet protoner och/eller antalet neutroner, skulle kunna ge de tiltade rotationerna den allra lägsta energin för mindre snabb rotation.

• author: Olivius, Peter
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Satula, Wojciech, Inst. Theoretical Physics, University of Warsaw, Polen
• organization: Mathematical Physics
• publishing date: 2004
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Physical Sciences
• keywords: classical mechanics, gravitation, statistical physics, Kärnfysik, Nuclear physics, kvantmekanik, relativitet, statistisk fysik, termodynamik, thermodynamics, klassisk mekanik, Matematisk och allmän teoretisk fysik, Nuclear Structure, Tilted axis rotation, Mathematical and general theoretical physics, quantum mechanics, relativity, Fysicumarkivet A:2004:Olivius
• pages: 148 pages
• defense location: Lecture room F, Sölvegatan 14 A, Lund Institute of Technology
• defense date: 2004-02-20 13:15:00
• ISBN: 91-628-5966-8
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: Article: Peter Olivius, Ragnar Bengtsson, "On the interpretation of single-particle level diagrams in tilted rotation of the atomic nucleus".Accepted for publication in Phys.Rev.C Article: Peter Olivius, Ragnar Bengtsson, Peter Möller, "Cranking the folded Yukawa potential" Article: Peter Olivius, Ragnar Bengtsson, "Investigation of tilted rotation at triaxial superdeformed shapes in 166-Hf" The information about affiliations in this record was updated in December 2015. The record was previously connected to the following departments: Mathematical Physics (Faculty of Technology) (011040002)
• id: 1127af72-55a3-4b97-affd-de65385623a7 (old id 466631)
• date added to LUP: 2016-04-04 10:14:21
• date last changed: 2018-11-21 20:57:36