 |
Szimmetriák az atommagokban: a fenomenológiától a mikroszkópiáig
|
súgó 
nyomtatás 
|
Ezen az oldalon az NKFI Elektronikus Pályázatkezelő Rendszerében nyilvánosságra hozott projektjeit tekintheti meg.
vissza »
|
| |
Projekt adatai |
|
|
| azonosító |
128729 |
| típus |
K |
| Vezető kutató |
Cseh József |
| magyar cím |
Szimmetriák az atommagokban: a fenomenológiától a mikroszkópiáig |
| Angol cím |
Symmetries in atomic nuclei: from phenomenology to microscopy |
| magyar kulcsszavak |
szimmetriák, az atommag szerkezete és reakciói, a magmodellek kapcsolata |
| angol kulcsszavak |
symmetries, nuclear structure and reactions, connections of models |
| megadott besorolás |
| Fizika (Műszaki és Természettudományok Kollégiuma) | 100 % | | Ortelius tudományág: Magfizika |
|
| zsűri |
Fizika 1 |
| Kutatóhely |
Elméleti magfizika kutatócsoport (HUN-REN Atommagkutató Intézet) |
| résztvevők |
Algora Pineda Alejandro
Darai Judit
Kovács József
Kruppa András Tibor
Lévai Géza
Riczu Gábor
|
| projekt kezdete |
2018-09-01 |
| projekt vége |
2023-11-30 |
| aktuális összeg (MFt) |
17.900 |
| FTE (kutatóév egyenérték) |
19.05 |
| állapot |
lezárult projekt |
magyar összefoglaló A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Az atommagok sokszínű viselkedésének és a különböző magszerkezet-modellek kapcsolatának feltárásában nagyon gyümölcsözőek a szimmetriamegfontolások. Példa erre az általunk talált sokcsatornás dinamikai szimmetria, mely alapvető szerkezetmodelleket köt össze, ezáltal egységes leírást ad eddig különállónak tartott jelenségekre, és komoly prediktív erővel rendelkezik (Phys. Lett. B757, 312, 2016). A magszerkezet-kutatás legújabb fejezete, az ab initio módszerek alkalmazása pedig építi a hidat az erős kölcsönhatás alapvető elmélete, a QCD, és a magspektroszkópia gazdag tárháza között.
Kutatásainkban (SU(3)) szimmetriavezérelt magszerkezet-modelleknek egy hierarchikusan egymásra épülő rendszerét kívánjuk alkalmazni és fejleszteni, melyek közös jellemzője (az azonos szimmetrián kívül) a mikroszkopikus modelltér-építés. A kölcsönhatások különbözőek a valódi nukleon-nukleon erőktől kezdve (törzsnélküli héjmodell) a fenomenologikus modellerőkig (félmikroszkopikus kvartett- és klasztermodellek). E modellek kompatibilisek és kiegészítik egymást, ezáltal egyedülálló eszköztárat adnak a kezünkbe.
Először tanulmányozhatjuk a magszerkezet alapkérdéseit (pl. a kollektivitás és fürtösödés kialakulását) sok főhéjgerjesztés esetében, vagyis realisztikus körülmények között mindkét oldalról: egyfelől a széles körben alkalmazható fenomenológia, másfelől a minden részletet egzaktul kezelő mikroszkópia oldaláról. A modellcsalád lehetővé teszi továbbá különféle jelenségek egységes értelmezését és előrejelzését (pl. kisenergiás kvartett- és nagyenergiás klasztergerjesztésekét, vagy az alakizomér-állapotok elérését különféle reakciócsatornákból, stb).
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
Hogyan alakul ki az egyszerűség a bonyolultságból?
Az atommagot sok nukleon alkotja, melyek között többféle erő is hat: az elektromos, az erős, a gravitációs és a gyenge kölcsönhatás. Vagyis nagyon összetett rendszer. Mi hozza létre azokat az egyszerű sajátosságait, melyeket kísérletileg megfigyelünk és elméletileg leírunk a kvantummechanikai modelljeinkkel?
Hogy viselkednek az N=Z magok a stabilitási völgyben és azon kívül? Mily mértékben határozza meg a szerkezetüket az a tény, hogy a nukleonok hajlamosak kvartetteket létrehozni? Mi a viszonya a kvartetteknek a fürtösödéshez, a magalakhoz és a héjakhoz?
Az atommagokban, csakúgy mint sok más bonyolult rendszerben, a szimmetriák hangolják össze a szabadsági fokok működését. Emiatt különös figyelmet fordítunk rájuk. Tanulmányozzuk például, hogy mily mértékben mutatkoznak meg a mikroszkopikus leírásban azok a geometriai szimmetriák, amiket a közelmúltban fenomenologikus modellek jósoltak. Mi a magspektroszkópiai dinamikai szuperszimmetria héjmodelltartalma? Mi az effektív modellek egzakt mikroszkopikus háttere? Milyen mértékben képesek a szimmetriák reprodukálni és megmagyarázni a kísérleti megfigyeléseinket, és hogyan segítenek abban, hogy egységes fizikai képet találjunk a magszerkezetmodellek változatossága mögött?
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
Az atommagok tulajdonságai felelősek az univerzum fejlődéséért csakúgy, mint az emberi energiatermelésért. Összetett kvantumrendszer lévén, a mag megismeréséhez több ösvény vezet, vagyis különböző modelleket alkalmazunk. Az alapkutatás szemszögéből a jelen vizsgálatoknak a legfőbb jellemzője a különböző módszerek egyesítése, ami egymástól távolálló jelenségek koherens leírását célozza. Ennek érdekében szimmetriavezérelt modelleknek egy egész családját készülünk felhasználni. A közelmúltban bevezetett sokcsatornás szimmetria különféle fizikai képeket köt össze: a héjszerkezetet, a deformációt, a fürtösödést (klaszterizációt) és a reakciócsatornákat. Ez egy könnyen alkalmazható dinamikai szimmetria, ami a magspektrumok részletes leírására képes.
Az elmúlt évtizedben az első elveken alapuló (ab initio) elméletek jelentős fejlődést értek el, és sikeresnek bizonyultak a könnyű magok leírására. Az egyik legreményteljesebb változatuk az SU(3) szimmetriavezérelt törzsnélküli héjmodell. A hasonló szimmetriája miatt ez a módszer kombinálható félmikroszkopikus modellekkel, miáltal a magtulajdonságok széles körét leíró egyedülálló koherens módszer birtokába jutunk.
Természetesen számos más modell is elérhető, melyek a héjszerkezet, a kollektivitás vagy a fürtösödés leírására alkalmasak. Mindegyiknek megvan a maga előnye és korlátja. A legfőbb különbség a tervezett vizsgálataink és mások között az, hogy a szimmetriák egyesítő erejét kihasználva a mikroszkópiától a fenomenológiáig egységes módszert alkalmazunk a részletes magspektrumok leírásában.
Egy közvetlen társadalmi hasznossága a tervezett kutatásunknak a diákok részvételéből fakad. Mind doktori fokozatért dolgozó, mind diploma előtti hallgatók részesei a pályázatunknak. Közös munkánk során ők olyan szakmai tapasztalatokra tehetnek szert, melyeket később széles körben alkalmazhatnak, és amelyek megalapozzák pályafutásukat.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
Az atommag az anyag parányi alkotórésze, mégis ez hordozza az anyag szinte teljes tömegét. Óriási energiát tárol, abból gazdálkodik a Napunk és a többi csillag. Ez az energia fedezi az emberi szükséglet jelentős részét már ma is, és jelentősége várhatóan növekszik. Az atommag jobb megismerése a kutatás számára érdekes feladat, általános emberi szempontból pedig elemi érdekünk. A jelen pályázatunkban olyan vizsgálatokat tervezünk, melyek az atommag viselkedésének részletesebb feltárására és egységes megértésére irányulnak.
Kicsinysége ellenére az atommag összetett rendszer: sok nukleonból áll, melyek nagy sebességgel száguldoznak kicsiny térrészbe zsúfolva anélkül, hogy ütköznének egymással. Kutatásainkban a modellalkotás által igyekszünk megvilágítani a mag rejtélyes tulajdonságait. Pontosabban: egymásra épülő, egymást kiegészítő modelleknek egy családját kívánjuk fejleszteni és alkalmazni. Ily módon az elméleti leírással szemben támasztott különböző követelményeknek felelünk meg: úm. a részletek pontos leírása és a széleskörű alkalmazhatóság.
A tervezett vizsgálataink az alapkutatáshoz tartoznak, vagyis a természeti jelenségek megfigyelése és megértése a közvetlen célunk. Ám az ilyenfajta ismereteink már ma is alapjául szolgálnak egy sor olyan módszernek, amelyek segítik az életünket az orvosi diagnosztikától kezdve a gyártásvezérlésen át az energetikáig. A magelmélet eszköztára pedig, ami a sokrészecske-rendszerek leírására született, nemcsak a fizika számos ágában, hanem még a fehérjekutatásban is alkalmazásra talált. A remélt eredményeink első lépését jelenthetik egy olyan folyamatnak, amelynek végén egy ma még senki által nem ismert, hasznos alkalmazás állhat.
| angol összefoglaló Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Symmetry considerations are very helpful in finding the relation between different features of the atomic nucleus and the rich variety of its structure models. The multichannel dynamical symmetry e.g., which we found recently (Phys. Lett. B757, 312, 2016), connects basic models to each other, thus gives a unified description of phenomena that were considered separately so far. It also has a considerable predictive power. Furthermore, the latest chapter of structure studies, the ab initio method, constructs the bridge between the basic theory of the strong interaction (QCD) and the detailed results of the nuclear spectroscopy.
In our research we plan to apply and develop a hierarchic set of (SU(3)) symmetry-adapted nuclear structure models, which all use microscopically constructed model spaces. The interactions on the other hand are different: either bare nucleon-nucleon forces (of the no-core shell model) or phenomenological interactions (of the semimicroscopic algebraic quartet and cluster models). These models are compatible and complementary to each other, therefore, they provide us with a unique tool.
For the first time we can study the basic questions of nuclear structure (e.g. the emergence of collectivity and clusterization) for many major-shell-excitations, i.e. for realistic situations from both sides. On the one hand, from the widely applicable viewpoint of phenomenology, and on the other hand, from the fully microscopic perspective. This new family of models also enables us to connect and predict various phenomena (e.g. low-energy quartet and high-energy cluster excitations, or the possible reaction channels which can populate shape isomer states etc).
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
How simplicity emerges from complexity?
The atomic nucleus is composed of many nucleons, which interact with each other both by the electromagnetic, strong and weak interaction as well as by the gravitational force, therefore, it is a very complex system. The question, how the simple features that we can observe experimentally, and describe by our quantum mechanical models stand out from this complexity, is highly non-trivial.
How the N=Z nuclei behave within and outside the valley of stability? To what extent does the quarteting of the nucleons dominate their structure? How is quarteting related to clustering, and further, to the shape and shells of the nucleus?
In nuclei symmetries play a key role in organizing the large number of degrees of freedom (just like in many other systems). Therefore, we pay special attention to them. One may ask, for example, how much the geometric symmetries, suggested recently by phenomenological models, are justified by the microscopic description? What is the shell-model background of the dynamical supersymmetry of nuclear spectroscopy? What is the exact microscopic background of the simple effective models? To what extent are the symmetries able to reproduce and explain our experimental observations, and how they can help us in unifying the physical picture behind the diversity of nuclear structure models?
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
The properties of the atomic nuclei hold one of the keys both to understanding the evolution of universe and to the energy production of humankind. Being an intricate quantum many-body system, the investigation of nuclei follows various routes, i.e. we apply different models. The main relevance of the present research from the fundamental viewpoint is the unification of various methods resulting in a coherent description of different phenomena. It is planned to be achieved by applying a family of symmetry-adapted models. The recently invented multichannel symmetry connects different physical pictures: shell-structure, deformation, clusters and reaction channels. This is an easily applicable dynamical symmetry of large predictive power, which can describe the detailed spectra of nuclei.
In the past decade the first principle (ab initio) approaches to light nuclei have achieved a remarkable progress. One of their most promising versions is the SU(3) symmetry-based no-core shell model. Due to the similar symmetry, this fully microscopic theory can be combined with semimicroscopic models, resulting in a unique and coherent approach, which is applicable to the description of a wide range of nuclear phenomena.
In fact, several other models are available, which are related to the shell, collective and cluster pictures. Each of them have their own advantages as well as their limitations. The major difference between our planned activity and other approaches is that in the detailed description of nuclear spectra we plan to capitalize on the great unifying force of the symmetries that connect microscopy and phenomenology.
A broader impact of the proposed research activity will be training of both graduate and undergraduate students. Their participation in the project will significantly contribute to their professional experience, laying the foundation of their careers in science and technology.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
The nucleus is a tiny part of matter, yet it carries almost all of its mass. It contains huge amount of energy, used by our Sun as well as by the other stars. A considerable part of the energy utilized by the humankind today is obtained from nuclear power plants, too. Improving our knowledge on the atomic nucleus is an interesting task for the research, and a great necessity from the human viewpoint. Here we plan to investigate some fundamental properties of atomic nuclei and to obtain a coherent understanding of their different features.
In spite of their small size, atomic nuclei are complex systems. Most of them contain many nucleons, which have very special behavior: they rush with tremendous velocity in a very small space without colliding with each other. We intend to give an explanation for this interesting behavior by developing and applying a family of models, which are connected and complementary to each other. In this way we can satisfy different requirements of a theory: treating exactly the details, and being widely applicable.
The planned work belongs to basic research, i.e. our primary aim is to understand Nature. However, this kind of knowledge is the basis of useful applications today. Nuclear technology helps our life from medical diagnostics, to production control and energetics. The methods of nuclear theory, developed for the treatment of the many-body systems, found their application not only in other branches of physics, but even in the investigations of proteins. Our expected results might prove to be the first step of a process that results in a useful application, not foreseen by anyone today.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
Közleményjegyzék |
|
|
| G. Riczu (Supervisor: J. Cseh): Shell-like, collective and cluster features of nuclear spectra, PhD thesis, University of Debrecen, 2021 | | J. Cseh, G. Riczu, J. Darai: A Symmetry In-between the Shapes, Shells, and Clusters of Nuclei, Symmetry 15, 115, 2023 | | P. Dang, G. Riczu, J. Cseh: Shape isomers of α-like nuclei in terms of the multiconfigurational dynamical symmetry, Physical Review C 107, 044315, 2023 | | J. Cseh: On the Logical Structure of Composite Symmetries in Atomic Nuclei, Symmetry 15, 371, 2023 | | S. Baid, G. Lévai, J.M. Arias: Extended analytical solutions of the Bohr Hamiltonian with the sextic oscillator: Pt-Os isotopes, Journal of Physics G 50, 045104, 2023 | | G. Lévai: Potentials from the Polynomial Solutions of the Confluent Heun Equation, Symmetry 15, 461, 2023 | | J. Cseh: A spontán szimmetrisértés és az atommagok deformációja (Spontaneous symmetry breaking and the nuclear deformation), Fizikai Szemle 2020/6, 193, 2020 | | J. Cseh: Dual breaking of symmetries in algebraic models, European Physics Journal - Special Topics 229, 2543–2554, 2020 | | A. Martinou, D. Bonatsos, N. Minkov, I.E. Assimakis, S.K. Peroulis, S. Sarantopoulou, J. Cseh: Proxy-SU(3) symmetry in the shell model basis, European Physics Journal A 56, 239, 2020 | | J. Cseh: Microscopic structure and mathematical background of the multiconfigurational dynamical symmetry, Physical Review C 103, 064322, 2021 | | A. Vitéz-Sveiczer, A. Algora, et al: The β-decay of 70Kr into 70Br: Restoration of the pseudo-SU(4) symmetry, Physics Letters B 830, 137123, 2022 | | G. Riczu (Supervisor: J. Cseh): Magspektrumok héjszerű, kollektív és fürtösödő sajátosságai (Shell-like, collective and cluster features of nuclear spectra), PhD thesis, University of Debrecen, 2021 | | J. Cseh, P. Dang, S. Szilágyi, G. Lévai: Orbital regularity of exoplanets and the symmetries of the Kepler problem, Symmetry 15, 2114., 2023 | | P. Van Isacker, A. Algora, A. Vitéz-Sveiczer, G.G. Kiss, S.E.A. Orrigo, B. Rubio, P. Aguilera: Gamow–Teller Beta Decay and Pseudo-SU(4) Symmetry, Symmetry 2023, 15, 2001., 2023 | | G. Lévai, J.M. Arias: Nuclear Shape-Phase Transitions and the Sextic Oscillator, Symmetry 15,2059., 2023 | | J. Cseh, G. Riczu: Moment of inertia and dynamical symmetry, Symmetry 15, 2116., 2023 | | J. Cseh, G. Riczu, D.J. Jenkins: 12C and α-clusters, 0+ spectrum, and Hoyle-state candidates in 24Mg, Physical Review C submitted, 2023 | | T. Soltész, L. F. Pethő, G. Lévai: Unified supersymmetric description of shape-invariant potentials within, Physicsa Scripta submitted, 2023 | | G. Lévai: PT-Symmetric Potentials from the Confluent Heun Equation, Entropy 23, 68, 2021 | | J. Cseh: Planetary Systems and the Hidden Symmetries of the Kepler Problem, Symmetry 12, 2109, 2020 | | G. Riczu, J. Cseh: Gross features of the spectrum of the 36Ar nucleus, Int. J. Mod. Phys. E 30 2150034, 2021 | | J. Cseh: Égi harmónia és dinamikai algebra (Celestial harmony and dynamical algebra), Fizikai Szemle 71, 6, 181, 2021 | | A. Algora et al: Total absorption gamma-ray spectroscopy study of the β-decay of 186Hg, Physics Letters B 819 136438, 2021 | | J. Cseh: Wigner és a magfizika (Wigner and the nuclear physics), Hazalátogatott Wigner Jenő (Wigner Jenő visited home) Eds: K.Mihály et al, ELFT, 268, 2021 | | A.T. Kruppa, J. Kovács, P. Salamon, Ö. Legeza: Entanglement and correlation in two-nucleon systems, Journal of Physics G 48, 025107, 2021 | | J. Cseh: A Symmetry Connecting the Shell, Collective and Cluster Models, Bulgarian Journal of Physics vol. 48, 457–466, 2021 | | G. Riczu, J. Cseh: A Unified Description of Spectra of Different Configurations, Deformation and Energy Regions, Bulgarian Journal of Physics vol. 48, 524–534, 2021 | | A. Vitéz-Sveiczer, A. Algora, et al: The β-decay of 70Kr into 70Br: Restoration of the pseudo-SU(4) symmetry, Physics Letters B 830, 137123, 2022 | | A. T. Kruppa, J. Kovács, P. Salamon, Ö. Legeza, G. Zaránd: Entanglement and seniority, Physical Review C 106, 024303, 2022 | | J. Cseh: Some new chapters of the long history of SU(3), EPJ Web of Conferences 194, 05001, 2018 | | K.P. Drumev, A.I. Georgieva, J. Cseh, and V.K.B. Kota: Negative-parity states in sd-shell nuclei within the algebraic microscopic pairing- plus-quadrupole shell model, AIP Conference Proceedings 2075, 070002, 2019 | | J. Cseh: Spontaneous symmetry-breaking in Elliott-type models and the nuclear deformation, Physics Letters B 793, 59, 2019 | | J. Cseh, G. Riczu, J. Darai: Shape isomers of light nuclei from the stability and consistency of the SU(3) symmetry, Physics Letters B 795, 160, 2019 | | J. Cseh: Shell-like quarteting in heavy nuclei: Algebraic approaches based on the pseudo- and proxy-SU(3) schemes, Physical Review C 101, 054306, 2020 | | J. Cseh: A spontán szimmetrisértés és az atommagok deformációja, Fizikai Szemle 2020/6, 193, 2020 | | J. Cseh: Dual breaking of symmetries in algebraic models, European Physics Journal - Special Topics, in press, 2020 | | A. Martinou, D. Bonatsos, N. Minkov, I.E. Assimakis, S.K. Peroulis, S. Sarantopoulou, J. Cseh: Proxy-SU(3) symmetry in the shell model basis, European Physics Journal A, in press, 2020 | | J. Cseh: Microscopic structure and mathematical background of the multiconfigurational dynamical symmetry, Physical Review C, submitted, 2020 | | A.T. Kruppa, J. Kovács, P. Salamon, Ö. Legeza: Entanglement and correlation in two-nucleon systems, Journal of Physics G, submitted, 2020 | | J.Cseh: Microscopic structure and mathematical background of the multiconfigurational dynamical symmetry, Physical Review C 103, 064322, 2021 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
