[論文レビュー] Ferro-deformation and shape phase transitions over the nuclear chart: 50 < protons (Z) < 82 and 50 < neutrons (N) < 126

Chang-Bum Moon|arXiv (Cornell University)|Apr 4, 2016

Nuclear physics research studies参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、Z ≈ 64–66およびN ≈ 102–104の核において、中性子（h9/2）と陽子（h11/2）の強いアイソスピン依存性スピン軌道相互作用によって駆動される、新しい集団的核の歪み現象「フェロデフォーメーション」を紹介する。NNDCデータからのE(2+)およびR = E(4+)/E(2+)の系統的分析により、R = 3.3の飽和した強化歪みが特定され、これは偽殻閉じ鎖と形状共存を示す臨界形状相転移に関連している。

ABSTRACT

We study a global nuclear structure in the framework of experimental observables. With the aid of large nuclear structure data at the national nuclear data center, NNDC, we present the distinctive systematic patterns emerged in the first 2+ excited energies, E(2+) and their energy ratios to the first 4+ levels, R = E(4+)/E(2+), in the even-even nuclei, over 50 < Z < 82 for protons, and 50 < N < 126 for neutrons. We introduce the so-called pseudo-shell configurations from the subshells mixture in order to explain a semi-double shell closure, a shape phase transition, and a reinforced deformation. It is found that the reinforced deformation arises when Z = 64 or 66 correlates with N = 90 and reaches its maximum, indicating R = 3.3. Such a saturated reinforced deformation spans over Z = 58 to 72 and N = 100 to 106 as showing its center at Z = 64 or 66 and at N = 102 or 104. We define this reinforced deformation 'a ferro-deformation' like a ferro-magnetism in condensed matter physics. The shape coexistence would be expected to occur, such as a ferro-deformation, with a strong rotational mode, and a near spherical shape, with a vibrational mode, at the critical points of Z = 64 or 66, with N = 88 and 90; 150Sm and 152Sm, 152Gd and 154Gd, and 154Dy and 156Dy. We suggest that a super-deformation, which can be formed at high-lying excited states in a moderate deformed nucleus, would correspond to the ferro-deformation at N = 88 for the nuclei; Sm, Gd, and Dy. We argue that the ferro-deformation can be closely associated with a strong spin-orbital interaction between neutrons and protons in the spin-orbit doublet, h9/2-h11/2, leading to the critical points at Z, N = 64, 104.

研究の動機と目的

• 50 ≤ Z ≤ 82および50 ≤ N ≤ 126の偶々核における低励起状態の2+および4+状態の系統的パターンを特定すること。
• 準殻構成によるサブシェル混合から生じる準殻状態を用いて、強化歪みおよび形状相転移の発生を説明すること。
• 強いアイソスピン依存性スピン軌道相互作用によって駆動される「フェロデフォーメーション」を、強磁性と類似した核のアナログとして提唱すること。
• 150Sm、152Gd、154Dyのような核におけるN = 88–90の臨界領域での形状共存および超歪みを予測すること。

提案手法

• 50 ≤ Z ≤ 82および50 ≤ N ≤ 126の偶々核について、国立核データセンター（NNDC）の実験的E(2+)およびR = E(4+)/E(2+)値を系統的に分析すること。
• サブシェル混合によって形成される準殻状態を導入し、準二重殻閉じ鎖および歪み強化を説明すること。
• R = 3.3を用いてZ = 64/66およびN = 104/102の臨界点を同定し、最大の強化歪みを示す。
• N = 82を中心とする同位体対間のエネルギー差ΔE(2+)を用いて、中性子と陽子の対結合寄与を評価すること。
• ΔR値の分析により、集団的振動モードと回転モードの相対的寄与を評価すること。
• l = 5を有するνh9/2（中性子）およびπh11/2（陽子）軌道間のアイソスピン依存性スピン軌道相互作用と、観察された歪みパターンを結びつけること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 50 ≤ Z ≤ 82および50 ≤ N ≤ 126の核において、核図上でE(2+)およびR = E(4+)/E(2+)にどのような系統的パターンが現れるか？
• RQ2 サブシェル混合から生じる準殻状態は、観察された強化歪みおよび形状相転移をどのように説明できるか？
• RQ3 νh9/2とπh11/2軌道間のアイソスピン依存性スピン軌道相互作用がフェロデフォーメーション現象を駆動する役割は何か？
• RQ4 形状共存はどこで、どのように発生するのか。特にZ = 64/66およびN = 88/90の領域で。
• RQ5 フェロデフォーメーションの概念は、中程度歪みを示す核の高エネルギー励起状態における超歪みとどのように関係するか？

主な発見

• Z = 64または66およびN = 102または104を中心とする核において、R = E(4+)/E(2+) = 3.3の飽和した強化歪みが観察され、Z = 58–72およびN = 100–106の領域にわたる。
• フェロ磁性と類似するため「フェロデフォーメーション」と命名され、核図の広範囲にわたる集団的自由度の整合的整列を示す。
• 臨界点Z = 64/66およびN = 88/90に形状共存が予測され、150Sm/152Sm、152Gd/154Gd、154Dy/156Dyのような核で、回転モードと振動モードの共存が予想される。
• Sm、Gd、Dyのような中程度歪みを示す核の高エネルギー励起状態で観察される超歪みは、N = 88におけるフェロデフォーメーションの現れ方であると特定された。
• l = 5を有するνh9/2とπh11/2軌道間のアイソスピン依存性スピン軌道相互作用が、急激かつ顕著な歪み変化およびフェロデフォーメーションの発現を駆動するメカニズムであると特定された。
• Ba核におけるN = 88と90の間の相転移の証拠は得られず、140Sn（N = 90）は予想される殻閉じ効果とは対照的に、周囲の核と同様の構造的性質を有すると予測された。