Exploration des fonctions de force dipolaires électriques avec la QRPA : calculs systématiques et autres développements

Exploring dipole electric strength functions through QRPA: Systematic calculations and other developments

• Auteur / Autrice : Luis González miret zaragoza
• Direction : Stéphane Hilaire
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique nucléaire
• Date : Soutenance en 2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulat
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Matière sous conditions extrêmes
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Kamila Sieja, Ann-Cecilie Larsen, David Verney, Gianluca COLò, Dario Vretenar
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Gianluca COLò, Dario Vretenar, Gianluca COLò, Dario Vretenar

Mots clés

Mots clés libres

Méthodes à N-corps

Hartree-Fock-Bogolyubov (HFB)

Quasiparticle Random Phase Approximation (QRPA)

Structure nucléaire

Fonctions force

Résonances géantes

Many-body methods

Hartree-Fock-Bogolyubov (HFB)

Quasiparticle Random Phase Approximation (QRPA)

Nuclear structure

Strength functions

Giant resonances

Résumé

La quête d'une description microscopique complète du noyau atomique reste un problème ouvert après près d'un siècle de recherche. Les divers phénomènes présents dans le noyau, qui découlent principalement de sa nature quantique à plusieurs corps, ont conduit à la prolifération de modèles, chacun se spécialisant dans la description d'un ensemble donné de caractéristiques nucléaires. Pour comprendre pleinement le comportement collectif d'un point de vue microscopique, il est essentiel d'aller au-delà de l'approche statique du champ moyen. Toutefois, en raison principalement du coût de calcul élevé nécessaire, il existe relativement peu de méthodes de ce type qui permettent de réaliser des études systématiques sur l'ensemble de la carte nucléaire. Une exception notable est la méthode QRPA (Quasiparticle Random Phase Approximation), qui permet de décrire sur un pied d'égalité les excitations nucléaires individuelles et collectives tout en incorporant les effets d'appariement. Des études antérieures ont été réalisées avec la force Gogny D1M pour produire des fonctions de force gamma pour tous les noyaux. Néanmoins, pour une compréhension plus complète, l'utilisation d'autres interactions et approches au sein de la QRPA est primordiale. Dans cette thèse, de nouvelles études systématiques QRPA sont présentées, ainsi que de nouveaux développements numériques et formels autour de la QRPA. Tout d'abord, deux études systématiques des transitions gamma E1 sont discutées. Ici, le problème QRPA est abordé en utilisant la méthode des amplitudes finies (FAM), qui permet l'évaluation rapide des fonctions de force lissées. La première étude utilise le lagrangien effectif covariant DD-PC1 pour effectuer des calculs approfondis sur l'ensemble de la carte nucléaire. En outre, une autre étude examine les mêmes transitions dans des noyaux légers et de masse moyenne en utilisant des interactions chirales, qui fournissent une caractérisation réaliste de la force internucléon fondée sur la chromodynamique quantique à travers de la théorie effective des champs chirale. En particulier, nous présentons les tout premiers résultats de la QRPA chirale utilisant un champ moyen déformé triaxialement, explorant l'impact de cette déformation sur la réponse de la QRPA dans Mg24 et S32. Au-delà des études systématiques de la QRPA, deux autres développements sont présentés. Tout d'abord, nous nous attaquons au problème de l'obtention d'états excités QRPA exacts à l'aide de l'approche FAM. Dans sa formulation originale, FAM était utilisé pour calculer les fonctions de force, tandis que l'obtention des états propres QRPA n'était possible que par une procédure de post-traitement. Dans cette thèse, nous introduisons une nouvelle méthode basée sur l'algorithme de Jacobi-Davidson, qui permet le calcul efficace de plusieurs états propres QRPA ciblés avec un temps de calcul significativement réduit par rapport à l'approche QRPA matricielle. Enfin, nous proposons une nouvelle formule simple pour corriger la violation du principe de Pauli dans la QRPA, qui est appliquée pour calculer les énergies de corrélation.

The quest for a comprehensive microscopic description of the atomic nucleus remains an open problem after almost a century of research. The diverse phenomena present within the nucleus, primarily arising from its many-body quantum nature, have led to the proliferation models, each specializing in describing a given set of nuclear features. To fully understand collective behaviour from a microscopic perspective, it is essential to move beyond a static mean-field approach. However, due mainly to the high computational cost required to do so, relatively few of such methods exist that provide systematic studies across the entire nuclear chart. One notable exception is the Quasiparticle Random Phase Approximation (QRPA) method, which allows for the description of both single-particle and collective nuclear excitations in the same footing while incorporating pairing effects. Previous studies have been carried out with the Gogny D1M force to produce gamma-strength functions for all nuclei. Nevertheless, for a more complete understanding, the use of other effective interactions and approaches within QRPA is paramount. In this thesis, new systematic QRPA studies are presented, alongside some new numerical and formal developments around QRPA. First, two systematic studies of gamma E1 transitions are discussed. Here, the QRPA problem is addressed using the Finite Amplitude Method (FAM), which enables the rapid evaluation of smoothed strength functions. The first study employs the covariant effective Lagrangian DD-PC1 to conduct extensive calculations across the nuclear chart. Additionally, another study investigates the same transitions in light and mid-mass nuclei using chiral interactions, which provide a realistic characterization of the internucleon force grounded in Quantum Chromodynamics through effective field theory. Notably, we present the first-ever chiral-QRPA results using a triaxially deformed mean-field, exploring the impact of this deformation on the QRPA response in Mg24 and S32 Beyond the systematic QRPA studies, two further developments are presented. Firstly, we tackle the problem of obtaining exact QRPA excited states using the FAM approach. In its original formulation, FAM was used to calculate strength functions, while obtainig the QRPA eigenstates was only possible via a post-procesing procedure. In this thesis, we introduce a new method based on the Jacobi-Davidson algorithm, which enables the efficient calculation of several targeted QRPA eigenstates with significantly reduced computational time compared to the matrix QRPA approach. Lastly, we propose a new straightforward formula to correct for the violation of the Pauli principle in QRPA, which is applied to compute correlation energies.