[논문 리뷰] Exotic Collective Excitations at High Spin: Triaxial Rotation and Octupole Condensation

Xiaofeng Wang|ArXiv.org|2008. 10. 28.

Nuclear physics research studies인용 수 3

한 줄 요약

이 학위논문은 고스핀에서의 이국적인 핵 진동을 조사하며, 163Tm에서 삼축 강력 탈형(Trinaxial Strongly Deformed, TSD) 밴드와 238-242Pu 동위원소에서의 옥타폴 코herence를 규명한다. 수명 측정과 쿨롱 여기 실험을 통해 TSD 밴드가 와블링 운동이 아닌 삼축 최소값에서의 입자-홀 상태의 진동에 기인함을 입증하였고, 240Pu에서 강한 옥타폴 코herence는 포논 응축을 일으켜 이론적으로 예측된 고유한 탈진동 패턴과 밴드 교차 현상을 설명한다.

ABSTRACT

In this thesis work, two topics, triaxiality and reflection asymmetry, have been discussed. Band structures in $^{163}$Tm were studied in a "thin" target experiment as well as in a DSAM lifetime measurement. Two new excited bands were shown to be characterized by a deformation larger than that of the yrast sequence. These structures have been interpreted as Triaxial Strongly Deformed bands associated with particle-hole excitations, rather than with wobbling. Moreover, the Tilted-Axis Cranking calculations provide a natural explanation for the presence of wobbling bands in the Lu isotopes and their absence in the neighboring Tm, Hf and Ta nuclei. A series of so-called "unsafe" Coulomb excitation experiments as well as one-neutron transfer measurements was carried out to investigate the role of octupole correlations in the $^{238,240,242}$Pu isotopes. Some striking differences exist between the level scheme and deexcitation patterns seen in $^{240}$Pu, and to a lesser extent in $^{238}$Pu, and those observed in $^{242}$Pu and in many other actinide nuclei such as $^{232}$Th and $^{238}$U, for example. The differences can be linked to the strength of octupole correlations, which are strongest in $^{240}$Pu. Further, all the data find a natural explanation within the recently proposed theoretical framework of octupole condensation.

연구 동기 및 목표

• 최근 관측된 163Tm의 급진적 상태 밴드의 성격을 규명하고, 삼축 회전인지 와블링 운동인지 여부를 확인한다.
• 특히 반사대칭성이 예상되는 240Pu에서 옥타폴 상관관계가 Pu 동위원소에 미치는 영향을 조사한다.
• 실험 데이터의 밴드 구조와 탈진동 패턴을 설명하는 데 있어 옥타폴 응축 이론 프레임워크를 검증한다.
• 삼축 및 와블링 밴드에서 측정된 이중극자 전이 모멘트와 이론 계산값 간의 괴리를 해결한다.
• Pu 동위원소 계열과 인접 핵을 비교함으로써 악티늄계 핵에서의 집단 진동을 보다 깊이 이해한다.

제안 방법

• 163Tm에서 급진적 상태의 수명을 결정하기 위해 '박막' 타겟 실험과 도플러 시프트 감쇠 측정(Doppler-shift attenuation measurement, DSAM)을 수행하였다.
• 238,240,242Pu에서 '안전하지 않은' 쿨롱 여기 및 한 중성자 이송 실험을 실시하여 옥타폴 집단성을 탐색하였다.
• 163Tm와 Lu 동위원소에서 삼축 형상과 회전 역학을 모델링하기 위해 기울어진 축 크랭킹(Tilted-Axis Cranking, TAC) 계산을 적용하였다.
• 약한 감마선 전이를 탐지하기 위해 Gammasphere 검출기 어레이를 사용하였으며, 콜럼프 억제 및 BGO 차폐를 적용하였다.
• 데이터 캘리브레이션, 배경 제거, 수준 구조 복원을 위해 Blue 데이터베이스와 Radware 소프트웨어를 활용하였다.
• 실험적 밴드 구조와 전이 확률을 이론적 예측과 비교하여 옥타폴 응축 모델을 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 최근 관측된 163Tm의 밴드는 삼축 강력 탈형 밴드인지, 아니면 와블링 밴드인지 어느 것이 더 적절한가?
• RQ2 왜 Lu 동위원소에서는 와블링 밴드가 관측되나, 인접한 Tm, Hf, Ta 핵에서는 관측되지 않는가?
• RQ3 240Pu에서의 옥타폴 상관관계 강도와 성격은 238Pu 및 242Pu와 비교해 어떻게 다를까?
• RQ4 240Pu에서 관측된 탈진동 패턴, 특히 음성수반 밴드로의 붕괴가 옥타폴 포논 응축에 의해 설명될 수 있는가?
• RQ5 실험적 밴드 교차 및 전이 강도 데이터는 옥타폴 응축 모델의 예측과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 163Tm에서 두 개의 새로운 급진적 밴드는 삼축 강력 탈형(TSD) 밴드로 규명되었으며, 이는 요르스트 밴드보다 더 큰 탈형을 보이고 있으며, 와블링 운동과는 관련이 없다.
• 163Tm에서의 수명 측정 결과, TSD 밴드로의 공급원이 더 큰 탈형을 가진 상태에서 유래함을 시사하며, 복잡한 정렬 및 정렬 역학을 시사한다.
• 기울어진 축 크랭킹(TAC) 계산은 Lu 동위원소에서 와블링 밴드의 존재와 Tm, Hf, Ta 핵에서의 부재를 성공적으로 설명한다.
• 240Pu에서는 고유한 탈진동 패턴이 관측되었으며, 첫 번째 준위 0+ 상태에서 형성된 밴드가 옥타폴 밴드로만 붕괴됨을 보여, 강한 옥타폴 상관관계를 시사한다.
• 240Pu의 데이터는 포논이 회전축과 정렬되어 공명하는 공동 회전 응축체를 형성함으로써 에너지 차이의 진동을 유도하는 옥타폴 응축 모델에 의해 가장 잘 설명된다.
• 242Pu의 수준 구조는 약한 옥타폴 상관관계와 일치하며, 238Pu는 중간적 행동을 보여, Pu 동위원소 계열에서 옥타폴 강도의 체계적 경향을 확인한다.