Modeling atomic nuclei using supercomputers for precision tests of the Standard model

Abstract

One of the most important problems of modern theoretical nuclear physics is to accu- rately determine the structure of atomic nuclei. To obtain results that are in agreement with experimental data, one needs to solve the nuclear many-body problem with high enough precision. Ab initio methods address this problem by trying to solve the emergent Schrödinger equation for all nucleons with a realistic interaction. Until recently, they were applicable only to light nuclei because of the high computational demands. In this work, we briefly present the theory behind the symmetry-adapted no-core shell model, which allows for truncation of the model space based on innate symmetry of nuclei that leads to reduction of the Hamiltonian matrix dimensions, while the convergence of the full space is conserved. We explore its predictive power by studying beta decays of various nuclei and discuss possible applications of the symmetry-adapted no-core shell model for the study of physics beyond the Standard Model. 1

Jedným z najdôležitejších problémov modernej teoretickej jadrovej fyziky je schop- nosť presne predpovedať štruktúru atómových jadier. Na získanie výsledkov, ktoré súh- lasia s experimentálnymi údajmi, je protebné vyriešiť mnoho častičový jadrový problém s dostatočne vysokou presnosťou. Ab initio metódy sa pokúšajú vyriešiť tento problém tak, že riešia vzniklú Schrödingerovu rovnicu pre všetky nukleóny a s realistickými in- terakciami. Kvôli vysokým výpočetným nárokom ich bolo donedávna možné aplikovať len na ľahké jadrá. V tejto práci stručne prezentujeme teóriu za tzv. symmetry-adapted no-core shell modelom, ktorý umožňuje na základe vnútornej symetrií jadier zmenšiť modelový priestor, čím sa dosiahne zníženie dimenzie matice Hamiltoniánu, pričom os- tane zachovaná konvergencia vypočítaných maticových elementov. Pomocou štúdia beta rozpadov rôznych jadier skúmame schopnosti tohto modelu predpokladať výsledky, ktoré súhlasia s experimentom a diskutujeme možné použitia tohto modelu pre skúmanie fyziky za hranicami štandardného modelu. 1