Analysis of angular distribution of fragments in relativistic heavy-ion collisions by quantum molecular dynamics

相対論的エネルギーの重イオン衝突におけるフラグメント角度分布の量子分子動力学による解析

小川 達彦   ; 佐藤 達彦   ; 橋本 慎太郎  ; 仁井田 浩二*

Ogawa, Tatsuhiko; Sato, Tatsuhiko; Hashimoto, Shintaro; Niita, Koji*

原子核-原子核衝突反応におけるフラグメントの角度分布は、原子核理論研究及び粒子線応用において重要な要素である。量子分子動力学(QMD)モデルは汎用放射線輸送計算コードにおいて原子核-原子核衝突反応とそれに伴う破砕片の生成を再現するために広く採用されている。しかし、QMDモデルは破砕片の角度分布を実際より広く見積もる傾向があり、PHITSに実装されているJQMDもこれにあてはまる。そこで、原子核同士の周辺が擦れるような周辺衝突に関する反応の描像を改善することで、角度分布のより正確な再現を可能にした。ここでは、最初に核子間の相互作用を相対論不変な形式に書き直すことにより、反応を起こしていない核が疑似的に崩壊することを防いだ。これにより、周辺衝突した核と疑似的に崩壊した核が区別できないという、従来抱えていた問題を解決した。さらに、核子-核子間の弾性散乱断面積が核の外側でパウリブロッキングの減少により増加する効果を取り込み、周辺衝突の場合核子-核子散乱断面積が大きくなる効果の反映を可能とした。その結果、改良版JQMD(RJQMD)はJQMDと比較して、衝突反応で生じるフラグメントの角度分布をより正確に再現することが可能になった。

Accurate prediction of fragment angular distribution in nucleus-nucleus collisions is essential for theoretical studies on nuclei and applications of particle beam. Quantum molecular dynamics is one of the approaches often adopted in general purpose radiation transport simulation codes to simulate formation of fragments, however, it is suggested that they tend to overestimate the width of fragment distribution angle. It is true for JQMD, the nucleus-nucleus reaction event generator incorporated to PHITS. By revising the description of peripheral collisions prediction of fragments angular distribution has been improved. First, spurious disintegration of nuclei before interaction is inhibited by introducing relativistic-covariant kinematics. By this improvement, one can distinguish nucleus spuriously disintegrated and nuclei interacted with other nuclei. Second, nucleon-nucleon scattering cross sections were increased by the suppression of Pauli blocking effect in the nucleus outer region to take into account for the increase in nucleon-nucleon scattering cross section. As a result, revised JQMD (RJQMD) predicts fragment angular distribution of fragments better than JQMD.