[논문 리뷰] Search for Fingerprints of Tetrahedral Symmetry in $^{156}Gd$

Q. T. Doan, D. Curien외 29명|Jyväskylä University Digital Archive (University of Jyväskylä)|2008. 11. 08.

Nuclear physics research studies참고 문헌 2인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 고통수 $γ\gamma\gamma$ 공진도 측정을 통해 $^{156}$Gd에서의 정사면체 대칭성을 조사하며, 홀수 스핀, 음성 편율 밴드에서의 내부 밴드 E2 전이의 억제를 확인한다—이것은 정확한 정사면체 대칭성에 대한 이론적 예측과 일치한다. 실험은 새로운 상간 전이를 확립하고, $B$(E2)/$B$(E1) 비율에 대한 최초의 실험적 불확도를 제공하며, 홀수 스핀 밴드에서의 두 계단 감소가 짝수 스핀 밴드와 비교해 두 배수 정도 감소된 것으로 나타났다.

ABSTRACT

Theoretical predictions suggest the presence of tetrahedral symmetry as an explanation for the vanishing intra-band E2-transitions at the bottom of the odd-spin negative parity band in $^{156}Gd$. The present study reports on experiment performed to address this phenomenon. It allowed to determine the intra-band E2 transitions and branching ratios B(E2)/B(E1) of two of the negative-parity bands in $^{156}Gd$.

연구 동기 및 목표

• 정사면체 대칭성이 $^{156}$Gd에서 홀수 스핀, 음성 편율 밴드의 내부 밴드 E2 전이가 사라지게 한다는 이론적 예측을 검증하기 위해.
• 고통수 $\gamma\gamma\gamma$ 공진도 데이터를 사용하여 이전 측정에서의 E2 전이에 대한 모호함을 해결하기 위해.
• 최초로 실험적 불확도를 포함한 $B$(E2)/$B$(E1) 분지 비율 비율을 결정하기 위해.
• 홀수 스핀, 음성 편율 밴드에 관여하는 교차 공급 효과를 탐색하기 위해.

제안 방법

• $^{156}$Gd 핵은 27 MeV 비틀기 에너지에서 $^{154}$Sm($\alpha$,2n) 융합-증발 반응을 통해 생성되었다.
• 43개의 HP-Ge 탐지기가 반-컴프턴 억제 구성을 취해, 총 효율이 4.2%인 $\gamma\gamma\gamma$ 공진도 사건을 수집하였다.
• 디지털 TNT2 수집 카드를 통해 최대 100 kHz의 고카운트 레이트 작동이 가능해졌으며, 조르단프 알고리즘을 통해 선형도 향상 및 베이스라인 복원이 이루어졌다.
• 데이터는 트리거 없는 방식으로 수집되어, 순수하게 편향 해제된 $228 \times 10^6$개의 $\gamma\gamma\gamma$ 공진도 사건을 확보하였다.
• 에너지 및 공진도 상관관계를 기반으로 $\gamma$선 에너지를 이용해 준위 체계를 재구성하였으며, 저강도 전이에 특히 주목하였다.
• 감소 전이 확률 $B$(E2)/$B$(E1)를 추출하고, 불확도 추정을 포함해 이전 연구와 비교하였다.

Figure 1: Partial decay scheme of 156 Gd showing the ground-state band, odd- and and even-spin negative parity bands; the newly established interconnecting transitions are shown (see the text).

실험 결과

연구 질문

• RQ1 정사면체 대칭성이 예측한 바와 같이, $^{156}$Gd의 홀수 스핀, 음성 편율 밴드에서 내부 밴드 E2 전이가 사라지는가?
• RQ2 정사면체 대칭성이 예측한 바와 같이, 홀수 스핀 밴드의 $B$(E2)/$B$(E1) 비율이 짝수 스핀 밴드보다 두 배수 정도 감소하는가?
• RQ3 고통수 $\gamma\gamma\gamma$ 공진도 데이터를 사용하여 새로운 상간 전이를 식별할 수 있는가?
• RQ4 저스핀 상태에서의 $B$(E2)/$B$(E1) 비율 측정에 대한 실험적 불확도는 무엇인가?
• RQ5 $4^{-}\to 2^{-}$ 전이가 존재하지 않거나 매우 약한가? 이는 비축 정사면체 구조를 시사하는가?

주요 결과

• 홀수 스핀, 음성 편율 밴드에서의 내부 밴드 E2 전이가 $9^{-}$ 상태 이하에서 사라짐을 확인하여, 정사면체 대칭성을 지지한다.
• $11^{-}\to 9^{-}$ E2 전이가 너무 약하여 확실하게 규명되지 않았으며, 주로 400-402 keV 이중선과의 겹침과 470 keV 선에 의한 오염 때문일 가능성이 높다.
• $15^{-}$ 및 $13^{-}$ 상태에 대해 $B$(E2)/$B$(E1) 비율은 각각 4.5(1.0) 및 5.5(0.6) $\times 10^6$ fm$^2$로 측정되었으며, 이는 이전 연구와 일치한다.
• 짝수 스핀, 음성 편율 밴드의 $B$(E2)/$B$(E1) 비율은 홀수 스핀 밴드보다 최대 두 배수 정도 높으며, 이는 후자의 강한 억제를 시사한다.
• $9^{-}\to 7^{-}$ 및 $7^{-}\to 5^{-}$ 전이에 대해 $B$(E2)/$B$(E1)의 상한선을 각각 $<26(-5)$ 및 $<92(-11)$ $\times 10^6$ fm$^2$로 설정하여 새로운 제약 조건을 제공한다.
• $4^{-}\to 2^{-}$ 전이가 확인되지 않았으며, 이는 매우 약하거나 존재하지 않음을 시사하며, 비축 정사면체 구조와 일치한다.