[논문 리뷰] 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)|2016. 04. 04.

Nuclear physics research studies참고 문헌 1인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 Z ≈ 64–66 및 N ≈ 102–104인 핵에서 중성자(h9/2)와 양성자(h11/2) 간의 강한 이소스핀에 의존하는 스핀-오비탈 상호작용에 의해 유도되는 새로운 집단적 핵 구조 변형 현상인 '페로-변형(ferro-deformation)'을 소개한다. NNDC 데이터에서의 E(2+) 및 R = E(4+)/E(2+)의 체계적 분석을 통해, R = 3.3인 포화된 강화된 변형이 관측되며, 이는 허위-껍질 닫힘과 희토류 및 안탄산 계 핵에서의 형태 공존과 관련된 임계 형태 전이를 시사한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 50 ≤ Z ≤ 82 및 50 ≤ N ≤ 126 범위의 짝-짝 핵에서 낮은 에너지의 2+ 및 4+ 준위 에너지의 체계적 패턴을 규명하기 위해.
• 하위껍질 혼합에 기인한 허위-껍질 구성으로 인한 강화된 변형과 형태 전이의 기원을 설명하기 위해.
• 강한 이소스핀에 의존하는 스핀-오비탈 상호작용에 의해 유도되는 '페로-변형'을 자성체와 유사한 핵 현상으로 제안하기 위해.
• 150Sm, 152Gd, 154Dy와 같은 핵에서 임계 N = 88–90에서 형태 공존과 초-변형을 예측하기 위해.

제안 방법

• 50 ≤ Z ≤ 82 및 50 ≤ N ≤ 126 영역의 짝-짝 핵에 대해 국립핵데이터센터(NNDC)에서 제공한 실험적 E(2+) 및 R = E(4+)/E(2+) 값에 대한 체계적 분석을 수행하였다.
• 하위껍질 혼합에 의해 형성된 허위-껍질 구성의 도입을 통해 반더블 껍질 닫힘과 변형 강화를 설명하였다.
• R = 3.3를 통해 Z = 64/66 및 N = 104/102에서 임계점을 식별하였으며, 이는 최대 강화된 변형을 나타낸다.
• N = 82를 중심으로 대칭인 이소토프 쌍 간의 에너지 차이 ΔE(2+)를 이용해 중성자와 양성자의 쌍결합 기여도를 분석하였다.
• ΔR 값의 분석을 통해 집단적 진동운동 대비 회전운동의 성향을 평가하였다.
• l = 5인 h9/2(중성자) 및 h11/2(양성자) 궤도 간의 이소스핀에 의존하는 스핀-오비탈 상호작용이 관측된 변형 패턴과 연결지었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 50 ≤ Z ≤ 82 및 50 ≤ N ≤ 126 영역에서 핵도상도 상의 E(2+) 및 R = E(4+)/E(2+)에 나타나는 체계적 패턴은 무엇인가?
• RQ2 하위껍질 혼합에 기인한 허위-껍질 구성은 관측된 강화된 변형과 형태 전이를 어떻게 설명하는가?
• RQ3 νh9/2 및 πh11/2 궤도 간의 이소스핀에 의존하는 스핀-오비탈 상호작용이 페로-변형 현상을 유도하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 형태 공존은 어디서 어떻게 발생하는가, 특히 Z = 64/66 및 N = 88/90에서?
• RQ5 페로-변형 개념은 중간 정도로 변형된 핵의 고에너지 준위에서 관측된 초-변형과 어떻게 관련이 있는가?

주요 결과

• Z = 64 또는 66 및 N = 102 또는 104 중심의 핵에서 R = E(4+)/E(2+) = 3.3인 포화된 강화된 변형이 관측되었으며, 이는 Z = 58–72 및 N = 100–106 범위를 포함한다.
• 이 현상은 자성체와의 유사성으로 인해 '페로-변형'이라 명명되었으며, 핵도상도의 넓은 영역에서 집단적 자유도가 일관되게 정렬됨을 나타낸다.
• 임계점 Z = 64/66 및 N = 88/90에서 형태 공존이 예측되며, 150Sm/152Sm, 152Gd/154Gd, 154Dy/156Dy 등에서 회전운동과 진동운동 모드가 공존한다.
• Sm, Gd, Dy와 같은 중간 정도로 변형된 핵에서 고에너지 상태에서 관측된 초-변형은 N = 88에서의 페로-변형의 표현으로 식별되었다.
• l = 5인 νh9/2 및 πh11/2 궤도 간의 이소스핀에 의존하는 스핀-오비탈 상호작용이 급격하고 극적인 변형 변화와 페로-변형의 발생을 이끄는 메커니즘이다.
• Ba에서 N = 88에서 90 사이에 단서 전이의 증거는 발견되지 않았으며, N = 90인 140Sn은 예상되는 껍질 닫힘 효과와는 달리 이웃 핵과 유사한 구조적 성질을 가질 것으로 예측된다.