Микроскопические модели для экзотических ядер и ядерной астрофизики

Краткая аннотация и научное обоснование:
Проект посвящен решению фундаментальной задачи современной ядерной физики – разработке и совершенствованию самосогласованного микроскопического подхода к описанию структуры основного и возбужденных состояний экзотических и сверхтяжелых атомных ядер, а также предсказанию их распадных свойств. Такой подход необходим, с одной стороны, для составления научной программы современных ускорителей тяжелых ионов (SHE-Factory в ОИЯИ, SPIRAL2 в GANIL, FAIR в GSI, RIBF в RIKEN) и интерпретации получаемых на них результатов. С другой стороны, потребность в надежных теоретических ядерных данных актуальна и для моделирования различных астрофизических процессов.

Ожидаемые результаты по завершении проекта:
Экстраполяция формы и параметров ФПЭ за пределы долины стабильности. Особое внимание будет уделено изовекторным свойствам, играющим решающую роль в ядрах с большой нейтрон-протонной асимметрией.

С использованием единого набора параметров ФПЭ будет проведено исследование влияния взаимодействия простых и сложных конфигураций на свойства зарядово-нейтральных и зарядово-обменных ядерных возбуждений с учетом их резонансной структуры, а также на распадные характеристики ядер на границе стабильности.

Разработанные самосогласованные методы ФПЭ будут применяться к изучению бета-распада в контексте астрофизического r-процесса и слабых ядерных реакций с нагретыми ядрами в различных астрофизических сценариях (взрывы сверхновых, звездный нуклеосинтез и образование нейтрино).

Предсказание альфа-спектров сверхтяжелых ядер для планирования будущих экспериментов. Изучение альфа-распадов из изомерных состояний, а также деления из этих состояний.

С целью изучения конкуренции различных мод радиоактивного распада сверхтяжелых ядер для них будут осуществлены расчёты времён жизни относительно захвата орбитальных электронов и β⁺ распада с учетом вклада переходов первого порядка запрета и влияния ядерной деформации.

Изучение эволюции магических чисел в зависимости от соотношения нейтронов и протонов в ядре и предсказание новых ядер с замкнутыми (под)оболочками вблизи границ протонной и нейтронной стабильности.

Выяснение роли тензорного взаимодействия в описании фрагментации гамов-теллеровского резонанса и бета-распада экзотических ядер.

Исследование взаимодействия нейтрино с веществом, важного для различных астрофизических явлений: взрывы сверхновых, слияние нейтронных звезд и т.д. Выяснение роли неупругого рассеяния нейтрино на ядрах и магнитного поля в процессе термализации нейтрино.

Проведение расчётов радиусов распределения заряда и материи для длинных изотопических цепочек, включая деформированные ядра. Теоретический анализ изотопического поведения радиусов и наблюдаемых аномалий.

Ожидаемые результаты по проекту в текущем году:
Анализ взаимосвязи пигми и тороидальных Е1 возбуждений в рамках приближения хаотических фаз с силами Скирма.

Поиск проявлений тороидальной Е1 моды в реакции (e,e’g).

Предсказание парных вибраций в изотопах нобелия.

Изучение Гигантского Дипольного Резонанса и сопутствующих коллективных спиновых M2 (K^π = 0^-, 1^-) состояний в рамках метода моментов функции Вигнера: расчет энергий возбуждения и приведенных вероятностей переходов.

Анализ вклада двухфононных конфигураций в формировании спин-дипольного резонанса.

Вычисление скоростей обычного захвата мюонов чётными изотопами селена и бария в связи с экспериментами, проводимыми в ЛЯП ОИЯИ.

Исследование низколежащих коллективных состояний в нейтронно-избыточных изотопах Ge.

Исследование низколежащих коллективных возбуждений в области актинидов в рамках микроскопической оболочечной версии модели Бора-Моттельсона.

Изучение EC/β⁺ распада сверхтяжелых ядер с учетом вклада запрещенных переходов.

Низкоэнергетическая ядерная динамика и свойства ядерных систем

Краткая аннотация и научное обоснование:
Цель проекта – изучение важных динамических ядерных процессов, таких как слияние, квазиделение, многонуклонные передачи, захват и развал. Исследования околопороговых эффектов требуют единого описания ядерной структуры и реакций. Приоритетом будет разработка кластерных моделей, которые позволят по новому взглянуть на особенности структуры ядер в возбужденных состояниях. Планируется дальнейшее развитие полностью квантовой модели распада слабосвязанных ядер. Микроскопические транспортные коэффициенты и ядро-ядерный потенциал будут использованы в модели двойной ядерной системы для описаниядинамики слияния ядер.

Ожидаемые результаты по завершении проекта:
Создание новых теоретических подходов и моделей для описания и предсказания свойств нестабильных ядер и экзотических ядерных систем, их применение в астрофизических задачах.

Объяснение механизмов реакций ядер с частицами и ядрами в широком диапазоне энергий. 

Уточнение границ протонной и нейтронной стабильности ядер. Поиск замкнутой протонной оболочки после Pb. Разработка метода определения оптимальных реакций для получения определенного изотопа.

Исследование динамики слияния и деления. Определение наблюдаемых для разделения каналов слияния и деления.

Исследование влияния окружающей среды на астрофизические реакции.

Изучение изменения структуры ядра в зависимости от температуры и углового момента; роли кластерных степеней свободы в ядерных возбуждениях; свойств сверхтяжелых ядер.

Исследование свойств нестабильных ядерных систем, возможности многонейтронного радиоактивного распада.

Ожидаемые результаты по проекту в текущем году:
Исследование структуры сверхтяжелых ядер, принадлежащих цепочке альфа-распада ²⁸⁸Mc.

Исследование потенциальной поверхности сверхтяжелых ядер (Th, Fm, Hs) в зависимости от температуры при различных деформациях системы.

Исследование параметров плотности уровней сверхтяжелых ядер (Th, Fm, Hs).

Оценка вероятности эмиссии нейтронов из сверхтяжелых ядер (Th, Fm, Hs).

Разработка метода описания спинового распределения, извлеченного из измеренной гамма множественности  в корреляции с образованием остатков испарения, в реакциях ¹⁶O+²⁰⁸Pb, ¹⁸O+²⁰⁶Sm, ¹⁶O+¹⁵⁴Sm и ³²S+¹⁵⁴Sm.

Исследование физических причин отсутствия выхода продуктов квазиделения при столкновениях тяжелых ионов при энергиях выше кулоновского барьера.

Исследование проявления механизма многонуклонных передач в реакциях полного слияния ядер при столкновениях тяжелых ионов.

Предсказание тонкой структуры альфа-распадов сверхтяжелых ядер, что позволит получить информацию о нижайших возбужденных состояниях данных ядер.

Объяснение экспериментально наблюдаемого отсутствия корреляций между угловыми моментами осколков деления в рамках квантовомеханического анализа угловых колебаний в точке разрыва.

Исследование изоспиновой зависимости отношений параметров плотности уровней в различных каналах распада сверхтяжелых ядер.

Расчет свойств продуктов спонтанного деления трансфермиевых ядер с учетом эволюции двойной ядерной системы к точке разрыва.

Расчет выхода фотоядерных реакций ²⁰⁹Bi(γ,xn) и ²⁰⁹Bi(γ,pxn) и анализ роли предравновесной эмиссии нуклонов в этих реакциях.

Описание эмиссии кластеров в полярном и перпендикулярном направлениях в процессах тройного деления.

Применение приближения «образование-распад» в рамках модели двойной ядерной системы для расчета сечений синтеза сверхтяжелых элементов.

Изучение зависимости тонкой структуры альфа-распада четно-четных ядер актинидов.

Расчет спектроскопических факторов альфа-распада на основе модели двойной ядерной системы, с учетом относительного движения альфа-частицы и дочернего ядра.

Анализ свойств низколежащих 2⁺ возбуждений в изотопах ^70-88Ge.

Расчет поверхностей потенциальной энергии и массовых параметров в рамках релятивистской модели среднего поля с разными параметризациями функционала плотности энергии.

Вычисление реалистических функций профиля и спектров эмиссии четырех нуклонов в реакции ²H(⁸He, ³He)⁷H --> ³H+4n .

Краткая аннотация и научное обоснование:
Проект направлен на изучение свойств систем, состоящих из небольшого набора  конститьюентов ядерной, субъядерной или атомно-молекулярной природы. Малость числа конститьэнтов в системе позволяет создавать и использовать математически строгие, точные и последовательные подходы к ее исследованию, не требующие дальнейших упрощающих физических предположений и приближений. Целью проекта является разработка и совершенствование методов численного решения малочастичных задач в ядерной, атомной и молекулярной физике, а также в астрофизике. На основе разработанных подходов и методов в рамках проекта будут проводиться численные расчеты различных конкретных малочастичных систем.

Ожидаемые результаты по завершении проекта:
Разработка и развитие подходов и методов теории малочастичных систем, разрешение некоторых всё еще остающихся в этой теории математических вопросов и проблем. Внесение вклада в развитие ефимовской физики – установление новых универсальных закономерностей в поведении ультрахолодных малочастичных систем, включая системы нескольких частиц на решетке. Численные расчеты свойств ультрахолодных трехатомных систем в ефимовских и предъефимовских состояниях на основе уравнений Фаддеева. Теоретическое исследование нестационарных систем и, в частности, изучение малочастичных систем в переменных внешних полях. Анализ задач на связанные состояния и процессов рассеяния в малоразмерных системах нескольких частиц. Развитие динамической адиабатической теории и теории скрытых пересечений уровней потенциальной энергии. Приложение этих теорий к неупругим переходам в атом-атомных столкновениях.

Ожидаемые результаты по проекту в текущем году:
Исследование структуры гало ядер в реакциях развала в квантово-квазиклассическом подходе.

Развитие методов расчета ротационно-вибрационного спектра коллективной модели атомных ядер.

Исследования структурных особенностей легких слабосвязанных ядер в прямых ядерных реакциях.

Исследование энтальпий адсорбции некоторых сверхтяжелых элементов и их соединений на поверхности селена исходя из первых принципов.

Исследование свойств потоков нейтрино магниторотационных сверхновых с учетом резонансного смешивания ароматов и перспективы наблюдения.

Поиск бездифракционных решений для связанных состояний модельной одномерной трехчастичной задачи.

Разработка теоретической модели порогового резонансного усиления рождения лямбда-гиперонов при электрон-позитронных столкновениях.

Изучение спектральных свойств гамильтониана решеточной системы двух бозонов, взаимодействующих вплоть до двух междуузельных расстояний друг от друга.

Исследование квазиупругого рассеяния быстрых (несколько кэВ) электронов на атомах при большой передаче импульса: роль движения ядра.

Развитие феноменологического метода построения волновых функций, связанных и резонансных состояний квантовых малочастичных систем, основанного на их экспериментальных характеристиках.

Исследование классического представления для прямоугольной потенциальной ямы.
 

Краткая аннотация и научное обоснование:
Цель проекта – изучение универсальных закономерностей в релятивистских столкновениях тяжелых ионов, сопровождающихся рождением различных частиц; определение наиболее важных наблюдаемых для проверки уравнения состояния ядра; теоретическая поддержка экспериментов на комплексе NICA. Большая ядерная прозрачность по сравнению с предсказаниями глаубероподобных моделей может указывать на наличие цветовой прозрачности и требует внимательного рассмотрения. На основе обобщенного эйконального приближения будут рассчитаны ядерные прозрачности в dd-столкновениях, которые доступны на NICA SPD. Планируется исследовать трех/четырехнуклонные связанные (³He,T,⁴He) состояния и системы рассеяния (упругое протон-дейтронное рассеяние) в релятивистском формализме Бете-Солпитера-Фаддеева/Якубовского. Изучение свойств нагретой и сжатой ядерной материи при столкновении тяжелых ионов основано на модели Намбу-Иона-Лазинио c петлей Полякова.

Ожидаемые результаты по завершении проекта:
Развитие теоретических моделей и методов в теории нелинейных квантовых процессов взаимодействия заряженных частиц с интенсивными электромагнитными полями. При этом кроме зависимости наблюдаемых от интенсивности поля планируется исследование поляризационных эффектов, планируется исследование роли формы и несущей (carrierphase) фазы импульса.

Расширение релятивистского рассмотрения трехнуклонных (³He,T) систем в формализме  уравнения Бете-Солпитера-Фаддеева с сепарабельным ядром взаимодействия на четырехнуклонные системы в формализме Якубовского (расчет энергии связи ⁴He, электромагнитного формфактора системы). Исследование упругого протон-дейтронного рассеяния назад с использование релятивистского трехнуклоного уравнения Бете-Солпитера-Фаддеева с сепарабельным ядром взаимодействия (учет диаграмм перерассеяния нуклонов). Рассмотрение упругого электромагнитного форм фактора пиона с учетом аномального магнитного момента кварка в рамках ковариантого сепарабельного кварк-кваркого взаимодействия.

Изучение свойств нагретой и сжатой ядерной материи при столкновении тяжелых ионов. Особый интерес представляет изучение возможных фазовых переходов, возникающих в процессе охлаждения системы, а также проблемы нарушения СР-инвариантности в сильных взаимодействиях, что может быть следствием влияния киральной аномалии на топологическую структуру КХД вакуума при сильных магнитных полях, возникающих в процессе столкновения тяжелых ионов. Цель исследования – рассмотреть как сечение рассеяния меняется в зависимости от свойств среды. Изучение двухфотонных и Далиц-распадов легких мезонов в рамках модели НИЛ при конечных температуре и плотности. Спектр рождения дилептонных пар напрямую связан с различными промежуточными состояниями кварк-адронной материи, а его исследование может дать информацию о фазовых переходах.

Исследования явления цветовой прозрачности (ЦП), короткодействующих нуклон-нуклонных корреляций (КДК) и кумулятивного эффекта. Предсказания для планирующихся эксперименты по поиску ЦП на FAIR PANDA и NICA SPD. На основе обобщенного эйконального приближения (ОЭП) с учетом эффектов ЦП будут рассчитаны ядерные прозрачности в жестких процессах d(d,2p)nn и A(p,2p) с более тяжелыми ядерными мишенями (A>2) , для которых эффекты ЦП должны быть более сильными.

Разработка прочной теоретической базы для описания взаимодействия протона с КДК-парой в ядре с учетом ВНС/ВКС. Нуклон-нуклонные КДК проявляются во взаимодействиях высокоэнергетических частиц с ядрами с достаточно большими передачами импульса (Q > 1 ГэВ).

Исследование влияния ядерной среды на такие фундаментальные характеристики элементарной NN-амплитуды, как полное сечение рассеяния нуклона на связанном нуклоне ядерной среды, зависимость отношения её реальной части к мнимой от энергии, а также параметра её наклона в зависимости от переданного импульса связанному в ядре нуклону.

Вычисление точных адронных распределений по поперечному импульсу и быстроте новыми методами в рамках статистики Цаллиса-1, Цаллиса-3 и q-дуальной статистики и их применение для описания экспериментальных данных для адронов, образованных в столкновениях тяжелых ионов и протонов с протонами при энергиях LHC, RHIC, NICA и FAIR. Обобщение квантово-статистической адроной модели с точно сохраняющейся странностью системы на случай точного сохранения барионного и электрического зарядов системы и нахождение рекуррентных уравнений для точного решения статистической суммы и средних по ансамблю. Использование этой модели для вычисления множественности идентифицированных адронов, образованных в столкновениях тяжелых ионов при энергиях LHC, RHIC, NICA и FAIR.

Исследование поведения духовых и глюонных пропагаторов при конечной температуре в подходе, основанном на уравнения Дайсона-Швингера в калибровке Ландау в приближении усеченной радуги. Планируется исследовать возможные фазовые переходы из связанного состояния глюбола в свободную глюонную плазму для проблемы фазовых переходов в кварк-глюонную плазму в горячей ядерной среде (в процессах в экспериментах на установке NICA).

Ожидаемые результаты по проекту в текущем году:
Изучение зависимости сечений поглощения и рождения Y-мезонов в BB-столкновениях от свойств среды в рамках разрабатываемой модели с нелокальным взаимодействием сепарабельного типа с универсальным ядром взаимодействия.

Вычисление энергии связи ядра гелия-4 и амплитуд состояний в рамках релятивистского обобщения уравнения Фаддеева-Якубовского с использованием сепарабельного мультирангового потенциала нуклон-нуклонного взаимодействия; расчет зарядового формфактора ядра гелия-4 в релятивистском случае.

Уточнение метода обобщенного эйконального приближения с учетом диаграмм до тройного мягкого перерассеяния и его примение к реакциям d(p,2p)n и d(d,2p)nn, индуцированных жестким упругим pp рассеянием.

Развитие теоретических моделей и методов для исследования нелинейных квантовых процессов при взаимодействии фотонов и заряженных частиц с интенсивными лазерными полями с особым вниманием к наиболее актуальным нелинейным процессам рождения электрон-позитронных пар.

Формулировка неэкстенсивной квантово-статистической адронной модели для смеси сортов адронов в рамках статистической механики Цаллиса и вычисление точных адронных распределений по поперечному импульсу. Применение этих распределений для описания экспериментальных данных для адронов, образованных в столкновениях тяжелых ионов и протонов с протонами при энергиях LHC и RHIC.

Анализ данных сечений рассеяния протонов ядрами углерода, кальция, никеля и свинца при энергиях 200-1000 МэВ с помощью построенного микроскопического потенциала. Получение параметров элементарной амплитуды NN-рассеяния на связанных нуклонах ядра, сравнение с соответствующими параметрами рассеяния протонов на свободных нуклонах.

Исследование поведения скалярных глюболов при конечной температуре в рамках подхода, основанного на усеченных уравнениях Дайсона-Швингера в радужном приближении с калибровкой Ландау. Численное решение системы связанных уравнений для духовых и глюонных пропагаторов в зависимости от температуры T, частоты Мацубары Omega_n и квадрата трехимпульса k^2 в большом диапазоне T. Расчет температурно-зависимого уравнения Бете-Солпитера для скалярных глюболов с использованием этого решения. Исследование возможных фазовых переходов из связанного состояния глюбола в свободную глюонную плазму. Данное исследование напрямую связано с проблемами фазовых переходов в кварк-глюонную плазму в горячей ядерной среде (например, в процессах, планируемых для исследований на NICA).

Аналитические расчеты лептонной аномалии g-2, обусловленной пузырьковыми диаграммами Фейнмана до 10-го порядка в КЭД, в рамках комбинированного подхода Меллина-Барнса и дисперсионных соотношений для x параметризации соответствующих диаграмм.

Исследование свойств пиона в формализме Бете-Солпитера, исследование внемассового поведения пионных формфакторов.