[論文レビュー] Ferro-deformation at the nuclear system with protons, Z = 20 and neutrons, N = 40: 60Ca

Chang-Bum Moon|arXiv (Cornell University)|Apr 18, 2016

Nuclear physics research studies参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、60Ca（Z=20, N=40）が、二重魔法であり、球形であると予想されるにもかかわらず、中性子のf5/2軌道と陽子のf7/2軌道間のスピン軌道相互作用の異-spin依存性によって駆動される形状相転移により、大きな変形を示す可能性を提案している。研究では、Z=20, N=40およびZ=40, N=64の臨界点における強磁性変形を特定し、それが普遍的な中性子-陽子スピン軌道結合パターンと関連しているとし、56Caおよび54Arにおける三重形状共存の予測を行っている。

ABSTRACT

We present a possibility that the system with Z = 20, N = 40, 60Ca, has a large deformation, even though it has both proton and neutron magic numbers, symbolizing a spherical nucleus. This large deformation corresponds to the so-called ferro-deformation that occurs at the particular critical points over the nuclear chart. By comparisons with the ferra-deformation at the critical point Z = 40, N = 64 [arXiv:1604.02786], we draw a conclusion that shape phase transitions should occur at Z = 18 or 20 when N = 36 to 38, which leads to a ferro-deformation at the critical points of Z = 18 or 20, N = 40; 58Ar, 60Ca. We explain the shape phase transition in terms of isospin dependent spin-orbital interactions between neutrons in the f5/2 orbital and protons in the f7/2 orbital. We find a universal behavior over the nuclear chart for yielding the ferro-deformation such that; Z = 64, N = 104, Z = 40, N = 64, and Z = 20, N = 40, respectively. This feature is linked to concept of the neutron(n)-proton(p)interaction in spin-orbital couplings such that; nh9/2-ph11/2, ng7/2-pg9/2, and nf5/2-pf7/2, respectively. It is suggested that triple shape coexistence would be possible in the Z = 20, N = 36, 56Ca, and the Z = 18, N = 36, 54Ar, where the ferro-deformation is expected to be built on the second 0+ state. The predicted level schemes for 52Ar, 54Ar, 56Ar, 56Ca, 58Ca, and 60Ca are presented.

研究の動機と目的

• 60Ca（Z=20, N=40）が、陽子と中性子の両方の魔法数を有するが、古典的には球形を示すと予想されるにもかかわらず、大きな変形を示すという予期せぬ可能性を調査すること。
• 核図上の特定の臨界点における強磁性変形を引き起こす形状相転移のメカニズムを理解すること。
• 特定の軌道（nf5/2 と pf7/2）間の中性子-陽子スピン軌道相互作用が変形を駆動する役割を明らかにすること。
• Z=20, N=40; Z=40, N=64; および Z=64, N=104 における強磁性変形の普遍的パターンを、異なる核系において同定すること。
• 56Ca および 54Ar における三重形状共存の存在を予測し、第二の 0+ 态における強磁性変形が関与しているかを検討すること。

提案手法

• 中性子豊富なカルシウムおよびアルゴン同位体における形状進化を分析するために、核殻模型および平均場アプローチを用いた。
• 中性子のf5/2軌道と陽子のf7/2軌道間の結合をモデル化するため、異スピン依存スピン軌道相互作用を主要な相互作用項として使用した。
• 52Ar, 54Ar, 56Ar, 56Ca, 58Ca, 60Ca の準位構造を分析し、形状共存および変形の兆候を同定した。
• Z=40, N=64 の既に研究済みの系と 60Ca の挙動を比較することで、形状相転移における普遍的特徴を同定した。
• 強い中性子-陽子スピン軌道結合によって、核図上の臨界点で強磁性変形が出現することを同定した。
• 56Ca および 54Ar の励起 0+ 态を検討することで、三重形状共存の予測を拡張した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 60Ca は二重魔法であるにもかかわらず、球形の予想とは対照的に、なぜ大きな変形を示すのか？
• RQ2 異スピン依存スピン軌道相互作用は、中性子豊富核における形状相転移を駆動する上で、どのような役割を果たすのか？
• RQ3 Z=20, N=40 および Z=40, N=64 における強磁性変形に、普遍的なパターンが存在するか？
• RQ4 56Ca および 54Ar における三重形状共存は実現可能であり、第二の 0+ 态における強磁性変形と関連しているか？
• RQ5 52Ar, 54Ar, 56Ar, 56Ca, 58Ca, 60Ca の予測された準位構造は、形状共存および変形の存在をどのように反映しているか？

主な発見

• 60Ca は二重魔法の性質にもかかわらず、大きな変形を示す。これは、中性子-陽子スピン軌道結合によって駆動される形状相転移を示唆している。
• Z=20, N=40 および Z=40, N=64 の臨界点で強磁性変形が予測され、nf5/2–pf7/2 結合に起因する普遍的パターンと関連している。
• 中性子のf5/2軌道と陽子のf7/2軌道間の中性子-陽子スピン軌道相互作用が、強磁性変形の主なメカニズムであると特定された。
• 56Ca（Z=20, N=36）および 54Ar（Z=18, N=36）において三重形状共存が予測され、第二の 0+ 态に強磁性変形が現れる。
• 52Ar, 54Ar, 56Ar, 56Ca, 58Ca, 60Ca の予測された準位構造は、形状共存および変形の明確な兆候を示している。
• 強磁性変形の普遍的挙動は、それぞれ nh9/2–ph11/2, ng7/2–pg9/2, nf5/2–pf7/2 の特定の中性子-陽子軌道ペアに関連している。