Study of electromagnetic reactions on light nuclei with the Lorentz Integral Transform method

Abstract

In dieser Arbeit aus dem Bereich der Wenig-Nukleonen-Physik wird die neu entwickelte Methode der Lorentz Integral Transformation (LIT) auf die Untersuchung von Kernphotoabsorption und Elektronenstreuung an leichten Kernen angewendet. Die LIT-Methode ermoeglicht exakte Rechnungen durchzufuehren, ohne explizite Bestimmung der Endzustaende im Kontinuum. Das Problem wird auf die Loesung einer bindungzustandsaehnlichen Gleichung reduziert, bei der die Endzustandswechselwirkung vollstaendig beruecksichtigt wird. Die Loesung der LIT-Gleichung wird mit Hilfe einer Entwicklung nach hypersphaerischen harmonischen Funktionen durchgefuehrt, deren Konvergenz durch Anwendung einer effektiven Wechselwirkung im Rahmem des hypersphaerischen Formalismus (EIHH) beschleunigt wird. In dieser Arbeit wird die erste mikroskopische Berechnung des totalen Wirkungsquerschnittes fuer Photoabsorption unterhalb der Pionproduktionsschwelle an 6Li, 6He und 7Li vorgestellt. Die Rechnungen werden mit zentralen semirealistischen NN-Wechselwirkungen durchgefuehrt, die die Tensor Kraft teilweise simulieren, da die Bindungsenergien von Deuteron und von Drei-Teilchen-Kernen richtig reproduziert werden. Der Wirkungsquerschnitt fur Photoabsorption an 6Li zeigt nur eine Dipol-Riesenresonanz, waehrend 6He zwei unterschiedliche Piks aufweist, die dem Aufbruch vom Halo und vom Alpha-Core entsprechen. Der Vergleich mit experimentellen Daten zeigt, dass die Addition einer P-Wellen-Wechselwirkung die Uebereinstimmung wesentlich verbessert. Bei 7Li wird nur eine Dipol-Riesenresonanz gefunden, die gut mit den verfuegbaren experimentellen Daten uebereinstimmt. Bezueglich der Elektronenstreuung wird die Berechnung der longitudinalen und transversalen Antwortfunktionen von 4He im quasi-elastischen Bereich fuer mittlere Werte des Impulsuebertrages dargestellt. Fuer die Ladungs- und Stromoperatoren wird ein nichtrelativistisches Modell verwendet. Die Rechnungen sind mit semirealistischen Wechselwirkungen durchgefuert und ein eichinvarianter Strom wird durch die Einfuehrung eines Mesonaustauschstroms gewonnen. Die Wirkung des Zweiteilchenstroms auf die transversalen Antwortfunktionen wird untersucht. Vorlaeufige Ergebnisse werden gezeigt und mit den verfuegbaren experimentellen Daten verglichen.

In this thesis, which is conducted in the field of few-body nuclear physics, we apply the recently developed method of the Lorentz Integral Transform (LIT) to the study of inelastic electromagnetic reactions on light nuclei. The two basic electromagnetic reactions, i.e. nuclear photoabsorption and electron scattering off nuclei, are treated. The LIT enables one to perform exact calculations, avoiding the complication of the explicit evaluation of the continuum final states and reducing the problem to the solution of a bound state like equation. With this method the final state interaction is fully taken into account. The bound state like calculations are performed with an hyperspherical harmonics expansion, whose convergence is accelerated by building an effective interaction in the hyperspherical formalism (EIHH).

In this work we present the first microscopic calculation of the total photoabsorption cross sections below pion production of 6Li, 6He and 7Li. The calculations are performed with simple central semirealistic NN-interactions, which simulate partially the tensor force, since they reproduce binding energies of two and three-body nuclei. The obtained photoabsorption cross section of 6Li shows a single broad giant dipole resonance, while the one of 6He presents two well separated peaks corresponding to the break up of the neutron halo and the alpha-core, respectively. The comparison with experimental data shows that the addition of a P-wave interaction improves substantially the agreement with data. For 7Li a single broad giant dipole resonance is found and a good agreement with the available experimental data is achieved.

As concerns the electron scattering reaction, we present a calculation of the longitudinal and transverse response functions for 4He in the quasi-elastic region at medium momentum transfers. A non-relativistic model for the electromagnetic charge and current excitation operators is used. The calculation is performed with a semirealistic interaction and a gauge invariant model is build by construction of a meson exchange current. The effect of the two-body current on the transverse response is investigated and preliminary results are discussed. The comparison of the first results with the available experimental data is also shown.