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Gueven, Hasim Zahid
Universite Paris-Saclay, Ecole doctorale no. 576, Particules hadrons energie et noyau - Instrumentation, image, cosmos et simulation - Pheniics, Espace Technologique, Immeuble Discovery, Route de l'Orme aux Merisiers RD 128, 91190 Saint-Aubin (France); Faculte des Sciences d'Orsay, CNRS, Laboratoire de physique des 2 infinis-Irene Joliot-Curie - IJCLab, 91405 Orsay (France); Yildiz Technical University, Department of Physics (Turkey)2020
Universite Paris-Saclay, Ecole doctorale no. 576, Particules hadrons energie et noyau - Instrumentation, image, cosmos et simulation - Pheniics, Espace Technologique, Immeuble Discovery, Route de l'Orme aux Merisiers RD 128, 91190 Saint-Aubin (France); Faculte des Sciences d'Orsay, CNRS, Laboratoire de physique des 2 infinis-Irene Joliot-Curie - IJCLab, 91405 Orsay (France); Yildiz Technical University, Department of Physics (Turkey)2020
AbstractAbstract
[en] In this thesis, we first investigated the effect of Λ pairing on the ground state properties of hypernuclei within the Hartree-Fock-Bogoliubov formalism. The SLy5 Skyrme functional is used in the NN channel, while for NΛ channel we employ three functionals fitted from microscopic Brueckner-Hartree-Fock calculations: DF-NSC89, DF-NSC97a and DFNSC97f. These functionals reproduce the sequence of single-Λ experimental binding energies from light to heavy hypernuclei. For the ΛΛ channel, we used the empirical prescription EmpC, calibrated to 1 MeV on the experimental bond energy in 6HeΛΛ. Based on this density functional approach, several nuclei have been studied with nucleon closed-shells and Λ open shells. A ΛΛ pairing interaction is introduced, magnitude of which is calibrated to be consistent with the maximum BCS predictions for the Λ pairing gap in hypernuclear matter. In this way, we provide an upper bound for the prediction of the Λ pairing gap and its effects in hypernuclei. We have shown that the effects of the ΛΛ pairing depends on hypernuclei. The condensation energy is predicted to be about 3 MeV as a maximum value, yielding small corrections on density distributions and shell structure. Generally, we found that ΛΛ pairing could be active if the energy gap between shells is smaller than 3 MeV. Under this condition, Λ pairing could impact densities and binding energies. Since only a weak spin-orbit interaction is expected in the Λ channel, Λ states are highly degenerated and usually levels are distant by more than 3 MeV in energy. In summary, it is shown that the Λ-related pairing effect can usually be neglected in most of hypernuclei, except for hypernuclei which have a single particle gap lower than 3 MeV around the Fermi level. In addition, conditions on both Fermi energies and orbital angular momenta are expected to quench the nucleon-Λ pairing for most of hypernuclei. The second part of the thesis is devoted to equation of states in neutron stars. We confronted the tidal deformability values extracted from the gravitational event GW170817 to nuclear physics constraints within a semi-agnostic approach for the dense matter equation of state. We used Bayesian statistics to combine together low density nuclear physics data, such as the ab initio predictions based on χEFT interactions or the isoscalar giant monopole resonance, and astrophysical constraints from neutron stars, such as the maximum mass of neutron stars or the probability density function of the tidal deformability Λ-bar obtained from the GW170817 event. The posteriors probability distribution functions are marginalized over several nuclear empirical parameters (Lsym, Ksym, Qsat and Qsym), as well as over observational quantities such as the 1.4 M radius R1.4 and the pressure at twice the saturation density P(2nsat). The correlations between Lsym and Ksym and between Ksat and Qsat are also further analyzed. It is found that there is a marked tension between the gravitational wave observational data and the nuclear physics inputs for the Lsym and R1.4 marginal probability distributions. This could be a hint for nucleons to more exotic particles phase transition inside of the core of neutron stars. We also conclude that increasing the accuracy on the determination of tidal deformability from the gravitational wave, as well as Mc from the isoscalar giant monopole resonance, will lead to a better determination of Ksat and Qsat. (author)
[fr]
Dans cette these nous avons d'abord etudie l'effet du paring Lambda sur les proprietes des hypernoyaux dans le formalisme Hartree-Fock Bogoliubov. La fonctionnelle de Skyrme SLy5 est utilisee dans le canal nucleon-nucleon alors que 3 fonctionelles fittees sur les calculs microscopiques Brueckner Hartree-Fock sont utilisees dans le canal NΛ: DF-NSC89, DF-NSC97a et DF-NSC97f. Ces fonctionelles decrivent la sequence des energies de liaison experimentales a un Λ, des hypernoyaux legers aux hypernoyaux lourds. Dans le cas du canal ΛΛ, nous avons utilise la prescription empirique EmpC, ajustee a 1 MeV sur l'energie experimentale de liaison dans le 6HeΛΛ. A l'aide de cette approche de la fonctionelle de la densite, plusieurs noyaux ont ete etudies, avec des couches nucleoniques fermees et des couches ouvertes en Λ. Une interaction d'appariement Lambda-Lambda est introduite, dont la magnitude est ajustee pour etre consistante avec la valeur maximale des predictions BCS pour le gap d'appariement Λ dans la matiere hyperonique. Nous donnons ainsi une valeur maximale pour la prediction du gap d'appariement Λ et ses effets dans les hypernoyaux. Nous avons montre que les effets de l'appariement ΛΛ dependent de l'hypernoyau considere. L'energie correspondante de condensation est de l'ordre de 3 MeV au maximum, ce qui entraine de faibles corrections sur les distributions de densite et la structure en couches. De maniere generale, nous avons trouve que l'appariement ΛΛ peut etre important si l'ecart en energie entre les couches est plus petit que 3 MeV. A cette condition, l'appariement Lambda peut impacter les densite et les energies de liaison. En resume, il est montre que l'effet de l'appariement relie aux Λ peut etre en general neglige dans la plupart des hypernoyaux, sauf pour les ceux ayant un ecart typique dans le spectre a une particule plus petit que 3 MeV autour du niveau de Fermi. De plus, les conditions sur a la fois les energies de Fermi et les moments angulaire orbitaux attenuent l'appariement nucleon-Λ pour la plupart des hypernoyaux. La deuxieme partie de la these est devolue aux equations d'etat dans les etoiles a neutrons. Nous avons confronte les valeurs des deformabilites de maree extraites de l'evenement d'onde gravitationnelle GW170817, aux contraintes issues de la physique nucleaire a l'aide d'une approche semi-agnostique pour l'equation d'etat de la matiere dense. Nous avons utilise les statistiques Bayesienne pour combiner les donnees de physique nucleaire a basse densite, comme les predictions ab initio provenant des interactions chirales EFT ou la resonance geante monopolaire isoscalaire, et les contraintes astrophysiques sur les etoiles a neutrons, comme leur masse maximale, ou la fonction densite de probabilite de la deformabilite de maree obtenue de l'evenement GW170817. Les fonctions posterieures de densite de probabilite sont marginalisees sur plusieurs parametres nucleaires empiriques (Lsym, Ksym, Qsat et Qsym), et aussi sur des grandeurs observationnelles des etoiles a neutrons comme la masse et le rayon a 1.4 masses solaires, ou la pression a deux fois la densite de saturation P(2nsat). Les correlations entre Lsym et Ksym, et entre Ksat et Qsat sont aussi analysees. Une tension importante entre les donnees observationnelles d'ondes gravitationnelles et les inputs de physique nucleaire est trouvee pour les distributions marginales de probabilite de Lsym et R1.4. Ceci pourrait etre une indication d'une transition de phase de nucleons vers des particules plus exotiques dans le coeur des etoiles a neutrons. Nous trouvons aussi qu'augmenter la precision sur la determination de la deformabilite de maree a partir des ondes gravitationnelles, ou sur Mc a partir de la resonance geantes monopolaire, devrait aboutir a une meilleure determination de Ksat et Qsat. (auteur)Original Title
Physique nucleaire dans les etoiles a neutrons: Etude de la superfluidite dans les hypernoyaux et contraintes sur les equations d'etat
Primary Subject
Secondary Subject
Source
16 Oct 2020; 153 p; 174 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses; These de doctorat, Specialite: Structure et Reactions Nucleaires
Record Type
Miscellaneous
Literature Type
Thesis/Dissertation
Report Number
Country of publication
Reference NumberReference Number
INIS VolumeINIS Volume
INIS IssueINIS Issue