Korrelationsdynamik in exotischen Atomkernen

• Antragsteller: Professor Dr. Horst Lenske
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2002 bis 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5368479

• Erstellungsjahr: 2010

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das Forschungsprojekt war auf theoretische Untersuchungen von dynamischen Korrelationen in exotischen Kernen und neuartige angeregte Zustände ausgerichtet. Wir haben die Kernstrukturtheorie in verschiedener Hinsicht vorangebracht: • selbstkonsistente theoretische Verfahren zur Beschreibung von schwachgebundenen exotischen Atomkernen als offene Quantensysteme wurden entwickelt; • QPM-Multikonfigurationsrechnungen wurden in großen Konfigurationsräumen ausgeführt; • die theoretischen Arbeiten tragen zur Entwicklung einer umfassenden Dichtefunktionaltheorie für Kerngrundzustände und angeregte Zustände bei; • Die Ergebnisse wurden in Spektroskopierechnungen, Reaktionsrechnungen und in der Datenanalyse verschiedenartiger Experimentet angewendet. Als ein Schwerpunkt des Vorhabens wurden Kernanregungen in stabilen und exotischen Kernen mit Hartree-Fock-Bogulubov (HFB) Theorie, der Quasiparticle Random Phase Approximation (QRPA) Theorie und im Rahmen des Quasiparticle Phonon Model (QPM) theoretisch untersucht. Die Ergebnisse wurden in Reaktionsrechnungen zur Beschreibung von Daten aus Photo-Kernanregungen sowie inelastischen Reaktionen, Ladungsaustauschreaktionen und Transferreaktionen eingesetzt. Wir konnten damit zeitnah auf aktuelle Entwicklungen und Messungen in der experimentellen Strukturphysik reagieren und entscheidende Fragen zu den neuen Anregungsformen und spektralen Strukturen in neutronenreichen exotischen Kernen beantworten. Insbesondere konnten wir zur Klärungen der Frage nach den Eigenschaften der erst kürzlich etablierten Pygmy Dipol Resonanzen (PDR) beitragen. In aufwändigen Multi- Konfigurationsrechnungen mit großen Konfigurationsräumen wurden Dipolanregungen für verschiedene Isotopen- und Isotonenketten untersucht. Für diese neuen Anregungsformen haben wir mit unseren Arbeiten erstmals die Korrelation des Spektrums und der Übergangsstärken mit den Eigenschaften der Neutronenhaut in den Kerngrundzuständen etabliert. Ein wichtiger Schritt war die Kombination von HFB-Rechnungen für Kerngrundzustände mit dem QPM Verfahren. Verlässliche Vorhersagen für bisher noch nicht gemessene Massenbereiche wurden möglich, z.B. in den Sn-Isotopen und den benachbarten N=82 Isotonen. Die Rechnungen sagen eine signifikante Korrelation zwischen den PDR Stärken und der Neutronenhautdicke vorher. Mit unseren Studien zu Fano-(Feshbach)-Resonanzen und Pairing-Resonanzen in schwachgebundenen Atomkernen konnten wir einige wichtige Aspekte der nuklearen Kontinuumsdynamik klären. Dieses Forschungsgebiet ist zurzeit in beschleunigter Entwicklung. Es wird als Vereinigung von Kernstruktur- und Kernreaktionsphysik in Zukunft eine große Rolle für das Verständnis der Kerndynamik an den Abbruchkanten spielen. Die Entwicklung dieses Gebietes mit seinen vielen, derzeit noch offenen Fragen wurde in mehreren Workshops diskutiert. Auf einem Workshop zum Thema "Unbound Nuclei", der im November 2008 an der Universität Pisa stattfand, wurden weitere Entwicklungen diess Gebiets eingehend diskutiert. Auf zwei Workshops am ECT in Trento, Mai 2007 und Feb. 2010, die zusammen mit Vertretern der Quantenoptik durchgeführt wurden, standen interessante Anknüpfungspunkte zu Nachbardisziplinen im Mittelpunkt. Mit diesem Vorhaben waren wir in der Lage, die neuen Anregungsmoden von exotischen Atomkernen auf sicherer theoretischer Basis zu untersuchen und Vorhersagen für neue Anregungsformen zu machen. Die Ergebnisse unserer Rechnungen werden von vielen experimentellen Gruppen zur Datenanalyse benutzt. Abschließend kann gesagt werden, dass in dem Vorhaben neue Einsichten über Kernwechselwirkungen bei extremem Isospin, die Bindungsmechanismen an den Abbruchkanten und neue Anregungsmoden in exotischen Atomkernen erreicht wurden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Nature of Low-Energy Electric Dipole Strength in Nuclei: The Case of a Resonance at Particle Threshold in 208Pb. Phys. Rev. Lett. 89, 272502 (2002)
  N. Ryezayeva, T. Hartmann, Y. Kalmykov, H. Lenske, P. von Neumann-Cosel, V. Yu. Ponomarev, A. Richter, A. Shevchenko, S. Volz and J. Wambach
  
• A many-body analysis of the 11B(7Li,7Be)11Be reaction at 57 MeV. Nucl. Phys. A 739 (2004) 30-56
  F. Cappuzzello, A. Cunsolo, D. Beaumel, S. Fortier, A. Foti, A. Lazzaro, H. Lenske, C. Nociforo, S.Orrigo, J.S. Winfield
  
• Probing the Neutron Skin by Low-Energy Dipole Modes. Phys.Lett. B586 (2004) 213-218
  N. Tsoneva, H. Lenske
  
• Pygmy Dipole Resonances as a Manifestation of the Structure of the Neutron-Rich Nuclei. Nucl. Phys. A731 (2004) 273
  N. Tsoneva, H. Lenske, Ch. Stoyanov
  
• Core Excited Fano-Resonances in Exotic Nuclei. Phys.Lett. B633 (2006) 469
  S.E.A. Orrigo, H. Lenske, F. Cappuzzello, A. Cunsolo, A. Foti, A. Lazzaro, C. Nociforo, J.S. Winfield
  
• The Photo-Response of Stable N=82 Nuclei below 10 MeV and the Systematics of the Pygmy Dipole Resonance. Nucl. Phys. A 779 (2006) 1
  S. Volz, N. Tsoneva, M. Babilon, M. Elvers, J. Hasper, R.-D. Herzberg, H. Lenske, K. Lindenberg, S. Müller, D. Savran, A. Tonchev, H. Weller, A. Zilges
  
• Pigmy Dipole Response in Exotic Nuclei. Prog. Part. Nucl. Phys. 59 (2007) 317
  N. Tsoneva, H. Lenske
  
• Pygmy dipole strength in 90Zr. Phys. Rev. C 78, 064314 (2008)
  R. Schwengner, G. Rusev, N. Tsoneva, H. Lenske, N. Benouaret, R. Beyer, M. Erhard, E. Grosse, A. R. Junghans, J. Klug, K. Kosev, C. Nair, K. D. Schilling, and A. Wagner
  
• Structure of the low-lying E1 Excitations in Neutron-rich Nuclei. Phys. Rev. C77:024321 (2008)
  N. Tsoneva, H. Lenske
  
• Theoretical Investigations of Isoscalar, Isovector, and Mixed Symmetry States in Skin Nuclei. Proc. CGS-13, Köln, Aug. 25-29,2008, ed. J. Jolie, AIP (2009)
  N. Tsoneva, H. Lenske
  
• Vorstoß zu den Grenzen der Stabilität. Physik Journal 1/2008
  H. Geissel, H. Lenske
  
• Multipole response of Skin Nuclei. Proc. of the Int. Conf. Nucl. structure and related topics’, Dubna, June 30-July 4, 2009, edited by A. Vdovin, V. Voronov, R. Jolos, Vol.2, page 172-180
  N. Tsoneva, H. Lenske
  
• One-Neutron Removal Measurement Reveals 24O as a New Doubly Magic Nucleus. Phys. Rev. Lett. 102:152501 (2009)
  R. Kanungo, C. Nociforo, A. Prochazka, T. Aumann, D. Boutin, D. Cortina-Gil, B. Davids, M. Diakaki, F. Farinon, H. Geissel, R. Gernhäuser, J. Gerl, R. Janik, B. Jonson, B. Kindler, R. Knöbel, R. Krücken, M. Lantz, H. Lenske, Y. Litvinov, B. Lommel, K. Mahata, P. Maierbeck, A. Musumarra, T. Nilsson, T. Otsuka, C. Perro, C. Scheidenberger, B. Sitar, P. Strmen, B. Sun, I. Szarka, I. Tanihata, Y. Utsuno, H. Weick, and M. Winkler
  
• Pairing resonances and the continuum spectroscopy of 10Li. Phys. Lett. B677 (2009) 214
  S.A.E Orrigo, H. Lenske
  
• Correlations in Exotic Nuclear Matter. Dr. Hut-Verlag, München, ISBN 978-3-86853-229-6, Dissertation, Universität Giessen, Okt. 2010
  P. Konrad
  
• The Spectral Structure of the Pygmy Dipole Resonance. Phys. Rev. Lett. 104:072501 (2010)
  A. P. Tonchev, S. L. Hammond, J. H. Kelley, E. Kwan, H. Lenske, G. Rusev, W. Tornow, and N. Tsoneva