[论文解读] Exotic Collective Excitations at High Spin: Triaxial Rotation and Octupole Condensation

Xiaofeng Wang|ArXiv.org|Oct 28, 2008

Nuclear physics research studies被引用 3

一句话总结

本论文研究高自旋下的奇特核激发态，识别出 163Tm 中的三轴强形变（TSD）带以及 238-242Pu 同素异形体中的八极相关性。通过寿命测量和库仑激发实验，证明 TSD 带源于三轴势阱中的粒子- hole 激发，而非摆动运动；在 240Pu 中，强八极相关性导致声子凝聚，解释了独特的退激发行为以及理论预测的能级交叉现象。

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.

研究动机与目标

• 识别 163Tm 中新观测到的激发态带的本质，确定其是否源于三轴转动或摆动运动。
• 研究八极相关性在 Pu 同素异形体中的作用，特别是预期具有强反射对称性形变的 240Pu。
• 检验八极凝聚理论框架在解释实验测得的能级结构与退激发行为方面的有效性。
• 解决三轴与摆动带中测量与计算的四极矩跃迁强度之间的差异。
• 通过比较 Pu 同素异形体链及邻近核素的数据，拓展对锕系核集体激发的理解。

提出的方法

• 开展‘薄靶’实验与多普勒-位移衰减测量（DSAM），测定 163Tm 中激发态的寿命。
• 对 238,240,242Pu 开展‘非安全’库仑激发与单中子转移实验，探测八极集体性。
• 应用倾斜轴变形动力学（TAC）计算，模拟 163Tm 与 Lu 同素异形体中的三轴形变与转动动力学。
• 利用 Gammasphere 探测阵列配合康普顿抑制与 BGO 屏蔽，探测微弱的伽马射线跃迁。
• 采用 Blue 数据库与 Radware 软件进行数据校准、背景扣除与能级图重建。
• 通过将实验测得的能级结构与跃迁概率与理论预测对比，验证八极凝聚模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 163Tm 中新观测到的能带最适宜用三轴强形变带还是摆动带描述？
• RQ2 为何在 Lu 同素异形体中观测到摆动带，而在邻近的 Tm、Hf 或 Ta 核中未观测到？
• RQ3 240Pu 中的八极相关性强度与性质与 238Pu 和 242Pu 相比如何？
• RQ4 240Pu 中观测到的退激发行为，包括衰变至负宇称能带，能否由八极声子凝聚解释？
• RQ5 实验测得的能级交叉与跃迁强度与八极凝聚模型的预测相比如何？

主要发现

• 在 163Tm 中识别出两条新激发态带为三轴强形变（TSD）带，其形变大于基带，且与摆动运动无关。
• 163Tm 中的寿命测量显示，TSD 带的填充来源于形变更大的态，表明存在复杂的对齐与对齐动力学。
• 倾斜轴变形动力学（TAC）计算成功解释了 Lu 同素异形体中摆动带的存在及其在 Tm、Hf 与 Ta 核中缺失的原因。
• 在 240Pu 中，观察到一种独特的退激发行为：由第一激发 0+ 态构建的能带仅衰变至八极带，表明存在强八极相关性。
• 240Pu 的数据最符合八极凝聚模型，其中声子与旋转轴对齐，形成共旋转凝聚态，导致正宇称与负宇称能带间能量差发生振荡。
• 242Pu 的能级结构与弱八极相关性一致，而 238Pu 表现为中间行为，证实了 Pu 同素异形体中八极强度的系统性趋势。