Luận án TS Võ Minh Trường: Tính toán thừa số đa cực hạt nhân nhẹ tán xạ electron

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM ----------------------------- VÕ MINH TRƯỜNG NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THỪA SỐ DẠNG ĐA CỰC CHO CÁC HẠT NHÂN NHẸ TRONG TÁN XẠ ELECTRON-HẠT NHÂN Ở NĂNG LƯỢNG CAO LUẬN ÁN TIẾN SỸ VẬT LÝ HÀ NỘI – 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM ----------------------------- VÕ MINH TRƯỜNG NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THỪA SỐ DẠNG ĐA CỰC CHO CÁC HẠT NHÂN NHẸ TRONG TÁN XẠ ELECTRON-HẠT NHÂN Ở NĂNG LƯỢNG CAO LUẬN ÁN TIẾN SỸ VẬT LÝ Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết và vật lý toán Mã số: 9 44 01 03 Người hướng dẫn khoa học: PGS. Lương Duyên Phu Hà Nội – 2023 LỜI CẢM ƠN Trước tiên, xin dành sự tri ân sâu sắc đối với PGS. Lương Duyên Phu (Thầy hướng dẫn) đã dành nhiều tâm huyết để giúp nghiên cứu sinh hoàn thành luận án. Tiếp theo, xin được tri ân cố GS.

Nguyễn Xuân Hãn (ĐH KHTN Hà Nội), GS. Nguyễn Quang Báu (ĐH KHTN Hà Nội), GS. Đào Tiến Khoa (Viện NLNT VN) và GS. Lê Hồng Khiêm (Viện Vật lý Hà Nội) đã tận tình hướng dẫn, giúp nghiên cứu sinh trang bị thêm nhiều kiến thức bổ ích liên quan đến đề tài.

Người viết xin tri ân GS. Achim Weidemann (Trung tâm SLAC, Stanford, Hoa Kỳ) đã chia sẻ dữ liệu thực nghiệm liên quan đến tán xạ electron, cùng với những ý kiến trao đổi giá trị. Xin tri ân PGS. Nguyễn Nhị Điền (Viện NLNT VN), PGS.

Nguyễn Xuân Hải (Viện NCHN Đà Lạt), TS. Nguyễn Hữu Hà (Trường ĐH Đà Lạt) đã truyền đạt những kinh nghiệm quý báu và giúp đỡ nhiệt tình. Đồng thời, người viết xin dành lời cảm ơn đối với ThS. Nguyễn Thúy Hằng (TT Đào tạo hạt nhân), ThS.

Nguyễn Thị Thu Hằng (ĐH KHTN Hà Nội), ThS. Nguyễn Duy Lý (Trường ĐH Văn Lang TP. HCM) và ThS. Nguyễn Quốc Thanh (Trường CĐ nghề Cần Thơ) với những hỗ trợ thiết thực trong khi thực hiện luận án.

Xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu Trường ĐH Xây dựng Miền Tây, ban lãnh đạo cùng tập thể Khoa Khoa học Cơ bản và Phòng Quản lý Đào tạo đã tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình học tập và nghiên cứu. Xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ quý báu của ban lãnh đạo cùng tập thể TT Đào tạo hạt nhân, Viện NLNT VN và Viện NCHN Đà Lạt trong suốt khóa học. Xin trân trọng cảm ơn Gia đình đã làm điểm tựa, cùng với quý đồng nghiệp đã luôn động viên ủng hộ và tiếp thêm động lực giúp tác giả vượt qua mọi khó khăn. Cầu chúc những điều tốt đẹp nhất đến với tất cả mọi người! Tác giả luận án Võ Minh Trường i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.

Lương Duyên Phu. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa được công bố trong bất kì công trình nào mà tôi chưa tham gia. Tác giả luận án Võ Minh Trường ii MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN. i LỜI CAM ĐOAN.

ii MỤC LỤC. 1 DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ CHỮ VIẾT TẮT. 3 DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG BIỂU. TỔNG QUAN VỀ KHAI TRIỂN ĐA CỰC TRONG TÁN XẠ ELECTRON-HẠT NHÂN.

Các thừa số dạng đa cực. Phương pháp tính thừa số dạng đa cực. Tán xạ electron-hạt nhân ở năng lượng cao và lý thuyết hợp nhất điện từ- yếu. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÀ ÁP DỤNG CHO MỘT SỐ TRƯỜNG HỢP CỤ THỂ.

Tiết diện tán xạ và độ bất đối xứng. Xây dựng biểu thức của các toán tử đa cực. Yếu tố ma trận của các toán tử đa cực. Yếu tố ma trận trong trường hợp riêng.

Yếu tố ma trận trong trường hợp tổng quát. Tính toán cho một số trường hợp cụ thể. Tán xạ đàn hồi 6Li. Tán xạ đàn hồi 7Li.

Tán xạ đàn hồi 7Be. Tán xạ tựa đàn hồi 7Li tương ứng với dịch chuyển 3/2→1/2. MỘT SỐ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN BẰNG SỐ. Tiết diện tán xạ.

Tỉ số tiết diện tán xạ. Độ bất đối xứng. 102 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ. 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

106 2 DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ CHỮ VIẾT TẮT TT Thuật ngữ và chữ viết tắt Ý nghĩa 1. Alignment, polarization Định phương (sắp hàng), phân cực 2. Angular momentum Mômen động lượng góc 3. Asymmetry Độ bất đối xứng 4.

Axial-vector form factor Thừa số dạng (vectơ) trục 5. Born approximation Phép gần đúng Born 6. Convection current Dòng đối lưu 7. Coulomb multipole Đa cực Coulomb 8.

Current density Mật độ dòng 9. Density matrix Ma trận mật độ 10. Electric multipole Đa cực điện 11. Electromagnetic current Dòng điện từ 12.

Electromagnetic form factor Thừa số dạng điện từ 13. Electroweak theory Lý thuyết hợp nhất điện từ-yếu European Organization for Nuclear Tổ chức Nghiên cứu hạt nhân Châu 14. Fractional parentage coefficient Hệ số dòng họ 16. Gravitational form factor Thừa số dạng hấp dẫn 17.

Impulse approximation Phép gần đúng xung lực 18. Induced pseudoscalar form factor Thừa số dạng giả vô hướng cảm ứng 19. Induced pseudotensor form factor Thừa số dạng giả tenxơ cảm ứng 20. Longitudinal multipole Đa cực dọc 3 TT Thuật ngữ và chữ viết tắt Ý nghĩa 21.

Magnetic multipole Đa cực từ 22. Magnetization density Mật độ độ từ hóa 23. Multi-particle matrix element Yếu tố ma trận đa hạt 24. Multi-particle shell model Mẫu lớp nhiều hạt 25.

Multipole expansion Khai triển đa cực 26. Multipole operator Toán tử đa cực 27. Multipole form factor Thừa số dạng đa cực 28. Nuclear current Dòng của hạt nhân 29.

Nuclear transition current Dòng chuyển dời của hạt nhân 30. Nuclear structure Cấu trúc hạt nhân 31. One-particle matrix element Yếu tố ma trận đơn hạt 32. Parent state Trạng thái gốc 33.

Reduced matrix element Yếu tố ma trận rút gọn 34. Scattering amplitude Biên độ tán xạ 35. Scattering cross section Tiết diện tán xạ 36. Sharp minimum Cực tiểu sắc (rõ nét) 37.

Spectral function Hàm phổ Stanford Linear Accelerator Center Trung tâm Máy gia tốc tuyến tính 38. Symmetrized (sym) Đối xứng hóa 40. Transverse multipole Đa cực ngang 41. Vector current, axial-vector current Dòng vectơ, dòng (vectơ) trục 42.

Vector form factor Thừa số dạng vectơ 4 DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG BIỂU TT Tên hình và bảng biểu Trang 1. Hệ tọa độ mô tả quá trình tán xạ đang xét 13 2. Tiết diện tán xạ đàn hồi 6Li xét ở 1, 10, 100 và 1000 GeV 78 3. Tiết diện tán xạ đàn hồi 7Li xét ở 1, 10, 100 và 1000 GeV 80 4.

Tiết diện tán xạ đàn hồi và tựa đàn hồi 7Li xét ở 1 GeV 82 Hình 3. Tỉ số tiết diện tán xạ đàn hồi của tương tác yếu trên 5. 85 tương tác điện từ của 6Li xét ở 1 GeV Hình 3. Tỉ số tiết diện tán xạ đàn hồi của tương tác yếu trên 6.

85 tương tác điện từ của 6Li xét ở 10 GeV Hình 3. Tỉ số tiết diện tán xạ đàn hồi của tương tác yếu trên 7. 86 tương tác điện từ của 6Li xét ở 50, 100, 500 và 1000 GeV Hình 3. Tỉ số tiết diện tán xạ đàn hồi của tương tác yếu trên 8.

87 tương tác điện từ của 7Li xét ở 50, 100, 500 và 1000 GeV Hình 3. Tỉ số tiết diện tán xạ đàn hồi của tương tác yếu trên 9. 88 tương tác điện từ của 7Li và 7Be xét ở 10 GeV Hình 3. Tỉ số tiết diện tán xạ đàn hồi của tương tác yếu trên 10.

89 tương tác điện từ của 7Be xét ở 50, 100, 500 và 1000 GeV Hình 3. Tỉ số tiết diện tán xạ đàn hồi và tựa đàn hồi của tương 11. 90 tác yếu trên tương tác điện từ của 7Li xét ở 10 GeV 12. Độ bất đối xứng trong tán xạ đàn hồi 6Li xét ở 1 GeV 92 Hình 3.

Độ bất đối xứng trong tán xạ đàn hồi 6Li xét ở 10, 50, 13. Độ bất đối xứng trong tán xạ đàn hồi 7Li xét ở 1 GeV 95 15. Độ bất đối xứng trong tán xạ đàn hồi 7Li xét ở 10, 50, 95 5 TT Tên hình và bảng biểu Trang 100, 500 và 1000 GeV Hình 3. Độ bất đối xứng trong tán xạ đàn hồi 7Li và 7Be xét ở 16.

97 10 GeV Hình 3. Độ bất đối xứng trong tán xạ đàn hồi 7Be xét ở 10, 50, 17. 97 100, 500 và 1000 GeV Hình 3. Độ bất đối xứng trong tán xạ đàn hồi và tựa đàn hồi 7Li 18.

99 xét ở 10 GeV Hình 3. Độ bất đối xứng trong tán xạ tựa đàn hồi 7Li xét ở 10, 19. Một số giá trị tiết diện tán xạ của 6Li, 7Li và 7Be 83 21. Một số giá trị tỉ số tiết diện tán xạ của 6Li, 7Li và 7Be 91 Bảng 3.

Một số giá trị độ bất đối xứng trong tán xạ của 6Li, 7Li và 22. 7 101 Be 6 MỞ ĐẦU Vào những năm 1960, S. Salam đã phát hiện hai tương tác điện từ và yếu có thể hợp nhất, lập thành tương tác hợp nhất điện từ-yếu. Các nhà vật lý đã xác định rằng trong tự nhiên có ba loại tương tác (chứ không phải bốn) gồm hấp dẫn, mạnh và điện từ-yếu.

Cách nghiên cứu tương tác hợp nhất hiệu quả hơn cả là tán xạ lepton-hadron, nói riêng và rất thông dụng là tán xạ electron-hạt nhân. Khi đó tương tác mạnh không xuất hiện, còn tương tác hấp dẫn thì quá nhỏ có thể bỏ qua. Theo đó, tán xạ electron cũng là công cụ hiệu quả trong nghiên cứu hạt nhân, đặc biệt là ở năng lượng thấp khi tương tác yếu không đáng kể [45-46, 59, 102-103]. Trong quá trình tán xạ có nhiều cơ chế tương tác khác nhau diễn ra nhưng tất cả đều liên quan đến truyền xung lượng.

Trọng tâm trong các nghiên cứu lý thuyết đều liên quan đến tiết diện tán xạ, đại lượng được xác định bởi bình phương biên độ tán xạ. Do sự hợp nhất của tương tác điện từ-yếu và do năng lượng máy gia tốc electron đã đủ để kiểm tra sự hợp nhất này nên việc tính toán tiết diện tán xạ electron-hạt nhân (nhẹ) ở năng lượng cao bây giờ là thích hợp. Phương pháp tính toán tốt nhất đó là khai triển các dòng chuyển dời bên trong hạt nhân thành các thành phần đa cực, trong đó mỗi thành phần có mômen động lượng góc xác định gọi là thừa số dạng [3, 109-110]. Thừa số dạng đa cực là thành phần cơ bản nhất của dòng chuyển dời mà tính được trực tiếp từ mô hình cấu trúc hạt nhân.