[论文解读] Shape Coexistence and Mixing in 152Sm

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

Medical Imaging and Pathology Studies被引用 4

一句话总结

本研究通过高统计量的多步库仑激发和非弹性中子散射，探究 $^{152}$Sm 中的形状共存现象，表明低能谱最合理的解释是两种具有不同形变的近简并近转动态带强烈混合，而非集体 $\beta$-振动激发态。分析对能级能量、$B(E2)$、$B(E0)$ 和同质异能位移的描述精度达到约 10%，排除了双声子 $\beta$-振动激发态的存在。

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.

研究动机与目标

• 确定 $^{152}$Sm 中是否存在双声子 $\beta$-振动激发态，该核素被认为是此类激发的首选候选者。
• 利用高精度谱学检验形变核中临界点情景和集体振动模式的有效性。
• 阐明 $^{152}$Sm 中低激发 $0^+$ 和 $2^+$ 态的本质，特别是其是否源于 $\beta$-振动或形状共存的转动态带。
• 评估在 $N=90$ 处 $Z=64$ 亚壳层幻数对通过质子对结构混合驱动形状共存的作用。

提出的方法

• 在 LBNL 88 英寸回旋加速器上，使用 652 MeV 的 $^{152}$Sm 束流轰击 $^{208}$Pb 靶，进行了多步库仑激发（multi-Coulex）实验。
• 通过 Gammasphere 伽马射线阵列（含康普顿抑制的 Ge 探测器）和 CHICO 粒子阵列实现符合 $\beta$-射线探测，并进行多普勒能量校正。
• CHICO 提供 1° 的高角度分辨率，Gammasphere 采用 104-Ge 探测器构型，实现了对 $\beta$-射线能量和角关联的精确测量。
• 采用双带混合模型描述集体结构，通过调整参数以拟合实验测得的 $B(E2)$、$B(E0)$、能级能量和同质异能位移。
• 模型采用 Grodzins 规则处理 $B(E2)$ 矩阵元，并考虑两个 $K^\pi = 0^+$ 带之间的混合振幅。
• 利用多普勒位移衰减和符合门控技术（如 p-p-γ、p-p-γ-γ）分离并分析特定跃迁，包括 122–689 keV 的级联跃迁。

实验结果

研究问题

• RQ1 双声子 $\beta$-振动激发态是否如集体模型扩展所预测的那样存在于 $^{152}$Sm 中？
• RQ2 是否更合理地用临界点情景而非共存的近转动态带描述 $^{152}$Sm 的低能谱？
• RQ3 观测到的 $B(E2)$ 和 $B(E0)$ 跃迁强度是否可通过带间混合解释，而无需引入 $\beta$-振动特性？
• RQ4 在 $N=90$ 处 $Z=64$ 亚壳层幻数在驱动 $^{152}$Sm 中形状共存方面起何作用？

主要发现

• 在 $^{152}$Sm 中未观测到双声子 $\beta$-振动激发态的候选者，与集体模型扩展的预测相矛盾。
• 通过双带混合模型，实验测得的基态和第一激发 $0^+$ 带的能级能量被精确再现，误差在 ~10% 以内。
• 两个 $K^\pi = 0^+$ 带内部及之间的 $B(E2)$ 值均被双带混合模型良好描述，计算值与实验数据一致，误差在 ~10% 以内。
• 两个 $0^+$ 带之间跃迁的 $B(E0)$ 矩阵元计算值为 72 × 10⁻³（单位：$e^2$fm⁴），与实验值 51(5) × 10⁻³ 接近。
• 第一激发 $2^+$ 态的同质异能位移被双带混合模型一致描述，支持该模型的有效性。
• 模型得到的混合振幅比 $\beta_2/\alpha_2 = 0.7069$ 与从 $(t,\alpha)$ 转移实验得出的 0.707 值高度一致，提供了强有力的验证。