[논문 리뷰] Ferro-deformation and shape coexistence over the nuclear chart: 28 < protons (Z) < 50 and 40 < neutrons (N) < 70

Chang-Bum Moon|arXiv (Cornell University)|2016. 04. 11.

Nuclear physics research studies참고 문헌 2인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 Z=40, N=64에서 발생하는 갑작스럽고 강한 핵 구조 변형인 '페로-변형'을 제안한다. 이는 중성자(g7/2 오비탈 소속)와 양성자(g9/2 오비탈 소속) 사이의 이소스핀에 의존하는 스핀-오비탈 상호작용에 의해 유도된다. NNDC에서 확보한 실험적 E(2+) 및 E(4+)/E(2+) 비율을 바탕으로 저자는 이 현상을 가상의 셸 구조에 기반한 형태 전이로 규명하며, R=3.3에서 최대 변형이 발생함을 확인하고, N=58–60 부근의 스트론티움과 지رك론 동위원소에서 진동 모드와 회전 모드의 공존 형태가 존재할 것임을 제안한다.

ABSTRACT

With the experimental data at the national nuclear data center, NNDC, we investigate systematically the emerging nuclear structure properties in the first 2+ excited energies, E(2+) and their energy ratios to the first 4+ levels, R = E(4+)/E(2+) in the nuclei over 28 < Z < 50 for protons, and 40 < N < 70 for neutrons. By introducing the pseudo-shell configurations built on the combined subshells, we explain the following phenomena; a semi-double shell closure, a shape phase transition, and a reinforced deformation. The reinforced deformation arises suddenly at Z = 40 (or 38), N = 60 and approaches a maximum value, R = 3.3, as being centered at Z = 40, N = 64. We define this reinforced deformation 'a ferro-deformation', as in the previous study [arXiv:1604.01017]. The shape coexistence would be expected to be, as forming a ferro-deformation, with a strong rotational mode, and a near spherical shape, with a vibrational mode, in the transitional region at N = 58, 60, and 62 for the nuclei, with Z = 38 and 40; 96Sr, 98Sr, 100Sr, and 98Zr, 100Zr, and 102Zr. We suggest that the ferro-deformation should be closely associated with a strong spin-orbital interaction between neutrons in the g7/2 orbital and protons in the g9/2 orbital. Such an isospin dependent spin-orbital interaction, with the same angular momentum, l = 4, reinforces nuclear surface toward a sudden and dramatic deformation, giving rise to the ferro-deformation at the critical point, Z = 40, N = 64. We discuss the similarities and differences of the ferro-deformation between the two critical points; Z = 40, N = 64 and Z = 64, N = 104.

연구 동기 및 목표

• 28 ≤ Z ≤ 50 및 40 ≤ N ≤ 70 영역에서 새로운 종류의 핵 변형인 '페로-변형'을 규명하고 특성화하는 것.
• Z=40, N=64에서 갑작스럽고 강한 변형이 발생하는 원인을 이소스핀에 의존하는 스핀-오비탈 상호작용을 통해 설명하는 것.
• 96Sr, 100Sr 및 100Zr와 같은 전이 핵에서 진동 모드와 회전 모드 간의 형태 공존을 조사하는 것.
• g7/2 및 g9/2 하부껍질의 조합으로 형성된 가상의 셸 구조가 형태 전이를 이끄는 역할을 설명하는 것.
• 페로-변형이 감마-볼드-터너 전이를 통해 빠른 중성자 포획 과정(r-과정) 중 핵합성에 미치는 영향을 연결짓는 것.

제안 방법

• 28 ≤ Z ≤ 50 및 40 ≤ N ≤ 70 영역의 짝-짝 핵에서 National Nuclear Data Center (NNDC)의 실험적 E(2+) 및 E(4+)/E(2+) 비율을 체계적으로 분석하는 것.
• g7/2 및 g9/2 하부껍질의 조합으로 형성된 가상의 셸 구조를 도입하여 집단적 행동을 모델링하는 것.
• 변형 파라미터 R = E(4+)/E(2+)를 사용하여 형태 전이 및 R=3.3에서 최대 변형을 식별하는 것.
• g7/2 중성자와 g9/2 양성자 사이의 하위껍질 간의 일관된 결합이 발생하는 임계점인 Z=40, N=64 및 Z=64, N=104를 식별하여 페로-변형이 나타나는 조건을 규명하는 것.
• 두 영역에서 페로-변형을 비교 분석함으로써 그 행동을 분류하는 것: 28 < Z < 50, 50 < N < 82 및 50 < Z < 82, 82 < N < 126.
• l=4를 가진 중성자(g7/2)와 양성자(g9/2) 사이의 이소스핀에 의존하는 스핀-오비탈 상호작용을 사용하여 갑작스러운 변형을 설명하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Z=40, N=64에서 R=3.3를 보이며 핵도상도에서 갑작스럽고 최대의 변형이 발생하는 원인은 무엇인가요?
• RQ2 g7/2 중성자와 g9/2 양성자 간의 이소스핀에 의존하는 스핀-오비탈 상호작용이 형태 공존과 형태 전이를 어떻게 이끄는가요?
• RQ3 진동 모드와 회전 모드 간의 형태 공존이 예상되는 핵은 무엇이며, E(2+) 및 R 값에서의 징후는 무엇인가요?
• RQ4 g7/2 및 g9/2 오비탈에 기반한 가상의 셸 구조가 반-더블 셸 폐쇄와 강화된 변형을 어떻게 설명할 수 있나요?
• RQ5 페로-변형이 빠른 중성자 포획 과정(r-과정) 중 핵합성에 미치는 역할은 무엇인가요?

주요 결과

• Z=40, N=64에서 페로-변형이 확인되었으며, 변형 파라미터 R = E(4+)/E(2+) = 3.3로 나타나 강한 축 대칭 로터 행동을 보임.
• N=58, 60, 62에서 96Sr, 98Sr, 100Sr, 98Zr, 100Zr 및 102Zr에서 진동 모드와 회전 모드의 공존이 예측됨.
• 이 현상은 l=4를 가진 g7/2 중성자와 g9/2 양성자 간의 강한 이소스핀에 의존하는 스핀-오비탈 상호작용에 기인함.
• 28 ≤ Z ≤ 50 및 50 ≤ N ≤ 82 영역에서 J=21/2 및 J=31/2 용량을 가진 가상의 셸 구조에 의해 반-더블 셸 폐쇄가 관찰됨.
• Z=40, N=64에서의 페로-변형은 Z=64, N=104에서의 것과 유사하며, 두 영역(28 < Z < 50, 50 < N < 82 및 50 < Z < 82, 82 < N < 126)에서 별도의 분류가 가능함.
• 이소스핀에 의존하는 스핀-오비탈 상호작용이 감마-볼드-터너 전이에서 결정적인 역할을 하며, r-과정 중 핵합성에 영향을 미칠 수 있음.