Self-consistent Green's functions in nuclear matter at finite temperature

Abstract

In this thesis, nucleon-nucleon correlations in the nuclear medium are studied in the framework of the theory of finite temperature Green's functions. Due to the strong repulsive core of the nucleons, it is not sufficient to assume a mean field potential acting between the nucleons, provided that one intents to describe the nuclear many-body problem using realistic two-body forces. Special emphasis is put on the self-consistent calculation of the particle and hole propagators that determine the motion of the nucleons in the nuclear medium. This aspect can be understood by following a single nucleon along its path: it interacts with other nucleons, which, in turn, can alter the path of the first nucleon. By describing each particle in the medium by the same spectral function, it becomes possible to understand effects that are experimentally well known, such as the partial occupation of single particle nuclear orbits in the nuclear ground state. Theoretical and the experimental results are compared. The numerical method that was developed for the self-consistent computation of Green's functions can also be used as a starting point for nuclear structure calculations of compact astrophysical objects.

Im Rahmen der Theorie Green'scher Funktionen werden in dieser Arbeit Nukleon-Nukleon-Korrelationen in Kernmaterie untersucht. Unter anderem wegen der stark abstossenden Kraft zwischen den Nukleonen bei kleinen Relativabständen reicht die Berücksichtigung eines mittleren Feldes nicht aus, wenn man das kernphysikalische Vielteilchenproblem mit realistischen Zweiteilchenkräften beschreiben will. Daher ist eine Berücksichtigung solcher Korrelationen unerlässlich. In der Arbeit wird besonderen Wert auf die selbstkonsistente Behandlung der Teilchen-und Lochpropagatoren gelegt, welche die Bewegung der Nukleonen im nuklearen Medium bestimmen. Dieser Aspekt lässt sich verstehen, wenn man bedenkt, dass ein durch das Medium propagierendes Teilchen durch Stösse mit anderen Teilchen wechselwirkt. Diese können nun ihrerseits wieder auf das Teilchen zurückwirken. Indem nun jedes Nukleon im Medium konsequent durch dieselbe Spektralfunktion beschrieben wird, dadurch also der Idee der Selbstkonsistenz Rechnung getragen wird, lassen sich bestimmte experimentell bekannte Effekte verstehen, etwa die partielle Besetzung von Einteilchen-Orbitalen im Grundzustand. Theoretische Resultate werden mit experimentellen Ergebnissen verglichen. Darüber hinaus bildet die hier ausgearbeitete Methode der numerischen Berechnung selbstkonsistenter Green'scher Funktionen aber auch einen Ausgangspunkt für die Modellierung der kernphysikalischen Struktur kompakter Objekte in der Astrophysik.