[論文レビュー] Shape Coexistence and Mixing in 152Sm

W. D. Kulp, John L. Wood+16 more|ArXiv.org|Jun 28, 2007

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ひとこと要約

本研究は、高統計的複数段階クーロン励起と非弾性中性子散乱を用いて $^{152}$Sm における形状共存を調査し、低エネルギー準位構造が、集団的 $\beta$-振動状態ではなく、異なる変形を持つ2つのほぼ简略化された準回転バンドの強い混合によって最もよく説明されることを示した。解析により、準位エネルギー、$B(E2)$、$B(E0)$、および異性体シフトを約10%の精度で記述でき、2フォノン $\beta$-振動状態の存在を否定した。

ABSTRACT

Experimental studies of 152Sm using multiple-step Coulomb excitation and inelastic neutron scattering provide key data that clarify the low-energy collective structure of this nucleus. No candidates for two-phonon beta-vibrational states are found. Experimental level energies of the ground-state and first excited (0+ state) rotational bands, electric monopole transition rates, reduced quadrupole transition rates, and the isomer shift of the first excited 2+ state are all described within ~10% precision using two-band mixing calculations. The basic collective structure of 152Sm is described using strong mixing of near-degenerate coexisting quasi-rotational bands with different deformations.

研究の動機と目的

• 2フォノン $\beta$-振動状態が $^{152}$Sm に存在するかどうかを特定すること。この核種は、このような励起状態の顕著な候補とされている。
• 高精度分光法を用いて、変形核における臨界点シナリオと集団的振動モードの妥当性を検証すること。
• $^{152}$Sm の低エネルギー $0^+$ および $2^+$ 準位の性質を解明すること。特に、それらが $\beta$-振動状態か、形状共存する回転バンドに起因するかを特定すること。
• $N=90$ における $Z=64$ のスハーブシェルギャップが、陽子対構造の混合を通じて形状共存を駆動する役割を果たすかを評価すること。

提案手法

• 複数段階クーロン励起（multi-Coulex）を、LBNL 88インチサイクロトロンで $^{152}$Sm ビームを $^{208}$Pb ターゲットに 652 MeV の入射エネルギーで照射することで実施した。
• ガンマ線の一致検出には、コンプトン遮蔽付きGe検出器アレイであるGammasphereと、ドップラー補正用のCHICO荷電粒子アレイを用いた。
• CHICOによる高角度分解能（1°）とGammasphereの104検出器構成により、ガンマ線エネルギーと空間相関の精密測定が可能になった。
• 集団的構造を記述するために2バンド混合モデルを採用し、実験的 $B(E2)$、$B(E0)$、準位エネルギー、および異性体シフトに一致するようにパラメータを調整した。
• モデルは $B(E2)$ 行列要素にGrodzinsの法則を組み込み、2つの $K^\pi = 0^+$ バンド間の混合振幅を考慮した。
• ドップラーシフト減衰と一致ゲーティング（例：p-p-γ、p-p-γ-γ）を用いて、特に122–689 keV キャスケードを含む特定の遷移を分離・分析した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 集団的モデルの拡張によって予測されるように、$^{152}$Sm に2フォノン $\beta$-振動状態が存在するか？
• RQ2 $^{152}$Sm の低エネルギースペクトルは、臨界点シナリオか、共存する準回転バンドのどちらによってよりよく記述できるか？
• RQ3 観測された $B(E2)$ および $B(E0)$ 遷移強度は、$\beta$-振動状態の性質を仮定せず、バンド混合によって説明可能か？
• RQ4 $N=90$ における $Z=64$ のスハーブシェルギャップが、$^{152}$Sm における形状共存を駆動する役割を果たすか？

主な発見

• 2フォノン $\beta$-振動状態の候補は $^{152}$Sm で観測されず、集団的モデルの拡張による予測と矛盾した。
• 2バンド混合モデルを用いることで、基底状態および最初の励起 $0^+$ バンドの実験的準位エネルギーが約10%の精度で再現された。
• 2つの $K^\pi = 0^+$ バンド内および間の $B(E2)$ 値は、2バンド混合モデルによりよく記述され、計算値と実験値が約10%の範囲で一致した。
• $0^+$ バンド間の $B(E0)$ 行列要素は、計算値72 × 10⁻³（$e^2$fm⁴単位）で再現され、実験値51(5) × 10⁻³に近く一致した。
• 最初の励起 $2^+$ 状態の異性体シフトは、2バンド混合モデルによって一貫して記述され、その妥当性を支持した。
• モデルから得られた混合振幅比 $\beta_2/\alpha_2 = 0.7069$ は、$(t,\alpha)$ トランスファー実験から導かれた値0.707と一致し、強い一貫性を示した。