41
Structure of Hypernuclei and Eos with Hyperon Hiroyuki Sagawa University of Aizu/RIKEN 1. IntroducCon 2. HyperonNucleon interacCon and Hypernuclei 3. Structure study of hypernuclei 4. EoS with strange parCcle in RMF 5. Mass of Neutron stars and threebody forces

Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN

  • Upload
    others

  • View
    7

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN

Structure  of  Hypernuclei  and  Eos  with  Hyperon

Hiroyuki  Sagawa            University  of  Aizu/RIKEN

1.  IntroducCon  2.  Hyperon-­‐Nucleon  interacCon  and  Hypernuclei  3.  Structure  study  of  hypernuclei  4.  EoS  with  strange  parCcle  in  RMF  5.  Mass  of  Neutron  stars  and  three-­‐body  forces

Page 2: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN

Major  goals  of  hypernuclear  physics  

 To  understand  the  baryon-­‐baryon  interacCon,  two-­‐body  scaNering        experiment  is  most  useful.      

YN  and  YY  potenCal  models  so  far  proposed      (ex.  Nijmegen,            Julich,  Kyoto-­‐Niigata)  have  large  ambiguity.          

1)  To  understand  baryon-­‐baryon  interacCons  (NN,  YN,YY  -­‐-­‐-­‐)                in  nuclear  medium  and  nuclear  maNer  

 2)  To  study  the  structure  of  mulC-­‐strange  systems  

Total  number  of      

   Nucleon  (N)  -­‐Nucleon  (N)  data:  4,000  

 ・ NO  YY  scaNering  data  

 ・ Total  number  of  differenCal  cross  secCon          

       Hyperon  (Y)  -­‐Nucleon  (N)  data:    40  

Courtesy  of    E.  Hiyama

Fundamental  and  important  for  the  study  of  nuclear  physics    

Page 3: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN
Page 4: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN

Jlab                Hall  A  and  Hall  C  experiments    energy  resoluCon  0.5MeV                              high  momentum  transfer  =>  good  to  study  high  spin  states  Jparc          energy  resoluCon  more  than  1MeV

Page 5: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN
Page 6: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN

Strategy  to  determine  YN  and  YY  interacCons    from  the  studies  of  light  hypernuclear  structure  

Use   Suggest  to  improve  ①

Accurate  calculaCon  of  energy  spli]ng  (  9Be    and  13C    )  using  the  YN  SLS+ALS  potenCals    

YN    SLS+ALS  potenCals      

       

Spectroscopy  experiments      High-­‐resoluCon  γ-­‐ray  spectroscopy  experiment  in    9Be  and    13C      by  Tamura  and  his  collaborators                          by    Kishimoto  and  his  collaborators    

comparison     comparison  again:  good  agreement  ⑤  

new  version  potenCal  (ESC06)  

④  

Λ Λ

Meson theory :Nijmegen Quark model :Kyoto-Niigata

Λ Λ

Page 7: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN
Page 8: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN

Energy  levels  of  core  nuclei  and  hypernuclei

Page 9: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN

Hypernuclear  γ-­‐ray  data  since  1998  

・Millener  (p-­‐shell  model),         ・  Hiyama  (few-­‐body)  

Taken  by  Tamura  

Λ   N  

Courtesy  of  Tamura

Page 10: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN

Hypernuclear  physics  

Λ  

Λ  

Nucleus   Hypernucleus  

There  is  no  Pauli    Pricliple  between  N  and  Λ.  

 

Λ  parCcle  can  reach  deep  inside,  and    aNract    the    surrounding  nucleons  towards  the  interior  of  the  nucleus.        

Λ  parCcle  plays  a  ‘glue  like  role’  to  produce  a  dynamical  contracCon  of  the  core  nucleus.  

How  do  we  observe  nuclear  shrinkage  effect  by  experiment?  

Page 11: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN

     KEK-­‐E419  

α  

n  

p  Rα-­‐np  

6Li  

α  

n  

p  

Λ  

Λ  

7Li  Λ  

Experiments:Rα-­‐np(6Li)  >  Rα-­‐np(7Li)  reduced  by  about  19  %  

B(E2:  3+→1+:6Li)=9.3  ±0.5e2fm4  →B(E2:5/2+→1/2+:7Li)=    3.6  ±2.1  e2fm4  

TheoreCcal  calculaCon  by  Hiyama  et  al.  B(E2:  5/2+  →  1/2+)  =2.85  e2fm4  

                           Rα-­‐np(7Li)  is  reduced  by  22%  

The  shrinkage  effect  on  the  nuclear  size  included  by  the  Λ  parCcle  was  confirmed  for  the  first  Cme.  

Λ  

Λ  

B(E2)!R4

Page 12: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN

TheoreCcal  models  for  hypernuclei  and  EoS  with  hyperons

• RMF  (RelaCvisCc  Hartree,  RelaCvisCc  Hartree-­‐Fock  models)  •      Skyrme  Hartree-­‐Fock  model  with  hyperon                    YN  interacCon        :  SU(3)  model  or  phenomenological  •    Bruckner  Hartree-­‐Fock  model  with  YN  scaNering  data  •    quark-­‐coupling  model    • chiral  model  

• Three-­‐body  interacCon    RMF:    ωNY    σNY              BHF:  Fujita-­‐Miyazawa-­‐type  3body  YNN  interacCon                                                                                                +repulsive  YNN  at  higher  density

Page 13: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN

RelaCvisCc  Hartree-­‐Fock  model  with  pion  coupling+rho  tensor  coupling

SHF  and  RMF  are  phenomenological  models

(RMF)

NN  part

YN  part

Page 14: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN
Page 15: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN
Page 16: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN

Hyperon  effect  on  EoS  and  Neutron  Stars

Chemical  equilibrium  condiCon

Page 17: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN
Page 18: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN

J=32.5+/-­‐0.5MeV        L=70+/-­‐15MeV            (L=54+/-­‐15MeV:  beNer  zero  point  fluctuaCon)

Page 19: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN

FRDM    by  HS

Page 20: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN
Page 21: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN
Page 22: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN

Blue  Shaded  area  by  Danielewicz

Page 23: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN

1.97+/-­‐0.04

1.97+/-­‐0.04

1.97+/-­‐0.04

To  solve  Tolman-­‐Openheimer-­‐Volkov  Eq.

Page 24: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN

Ref.  12    E.  Ozel  et  al.,  Phys.  Rev.  D82,  101301(R)  (2010).                      13    A.  W.  Steiner  et  al.,  Atrophys.  J722,  33  (2010).

Page 25: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN

Courtesy  of  Akira  Onishi

Page 26: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN

ESC  :  Modern  Version  of  Nijmegen  PotenCal

Courtesy  of    Yamamoto

Page 27: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN
Page 28: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN
Page 29: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN

Maximum  Mass  problems  in  Neutron  Stars                            S.  Nishizaki,    Y.  Yamamoto  and  T.  Takatsuka      

N

Λ N

 NNY  repulsive  interacCon

Page 30: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN

Courtesy  of  Akira  Onishi

Page 31: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN

Courtesy  of  Akira  Onishi

Page 32: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN

Summary

•  YN  interacCon  is  now  studied  well  in  light  hypernuclei        A<30  •  Lambda-­‐nucleon  interacCon  gives  medium  strong  aNracCve    potenCal:  1/2~2/3  of  nuclear  mean  field  potenCal    (SU(3)f  might  work)        •  realisCc  BHF  YN  interacCon  is  now  available  •various  RMF  Lagrangian:  Hartree  and  Hartree-­‐Fock  level  •  hyperon  makes  sower  EoS  and  does  not  support  2Msun  of  neutron  stars  •  need  a  repulsive  three-­‐force  at  high  density  EoS  

gY! / gN! = gY" / gN" = 2 / 3

Future  perspecCves

•  how  we  can  jusCfy  repulsive  YNN  interacCon  at  high  density?                                                                                                                                    (theoreCcally  and  experimentally)  •  YY  interacCon:  too  weak  to  make  hyperon  condensaCon  in  neutron  star  ?                                        need  more  data  •    quark  degree  of  freedom  =>  sower  EoS?                                                                  crossover  to  baryon  to  quarks  =>  hard  EoS  (Hatsuda)  •  cooling  process  of  neutron  star:  hyperon  effect?

Page 33: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN
Page 34: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN
Page 35: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN

Courtesy  of  Akira  Onishi

Page 36: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN

石川町 Fukushima  Nuclear  Power  Plant

Univesity  of  Aizu

RadioacCvity  Level  in  2011  April

Page 37: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN
Page 38: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN
Page 39: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN
Page 40: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN
Page 41: Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki ... · Structure’of’Hypernuclei’and’Eos’with’Hyperon Hiroyuki’Sagawa’’’’’University’of’Aizu/RIKEN