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

Chang-Bum Moon|arXiv (Cornell University)|Apr 11, 2016

Nuclear physics research studies参考文献 2被引用 4

一句话总结

本文提出在Z=40、N=64处存在一种‘铁电形变’——即在中子占据g7/2轨道与质子占据g9/2轨道之间，由同位旋依赖的自旋-轨道相互作用驱动的突然且强烈的核形变。利用NNDC提供的实验E(2+)和E(4+)/E(2+)比值，作者将此现象识别为与伪壳层构型相关的形貌相变，其中R=3.3标志最大形变，并推测在N=58–60附近的Sr和Zr同素异形体中存在振动与转动模式的形貌共存。

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.

研究动机与目标

• 在28 ≤ Z ≤ 50与40 ≤ N ≤ 70区域内识别并表征一种新型核形变——‘铁电形变’。
• 通过同位旋依赖的自旋-轨道相互作用解释在Z=40、N=64处出现的突然且强烈的形变的起源。
• 研究96Sr、100Sr与100Zr等过渡核中振动与转动模式之间的形貌共存现象。
• 阐明基于g7/2与g9/2亚壳层组合形成的伪壳层构型在驱动形貌相变中的作用。
• 通过伽马-托勒曼跃迁将铁电形变与快速中子俘获过程（r-过程）中的核合成联系起来。

提出的方法

• 系统分析来自美国国家核数据中心（NNDC）的28 ≤ Z ≤ 50与40 ≤ N ≤ 70区域内偶偶核的实验E(2+)与E(4+)/E(2+)比值。
• 引入由g7/2与g9/2亚壳层组合形成的伪壳层构型，以模拟集体行为。
• 使用形变参数R = E(4+)/E(2+)识别形貌相变，并在R=3.3处确定最大形变。
• 识别临界点——Z=40、N=64与Z=64、N=104——在此处因亚壳层的相干耦合而出现铁电形变。
• 比较两个区域中的铁电形变行为：28 < Z < 50, 50 < N < 82 与 50 < Z < 82, 82 < N < 126，以分类其特性。
• 利用中子（g7/2）与质子（g9/2）之间l=4的同位旋依赖自旋-轨道相互作用，解释突然形变的成因。

实验结果

研究问题

• RQ1 在核图中Z=40、N=64处，为何会出现R=3.3的最大形变？
• RQ2 g7/2中子与g9/2质子之间的同位旋依赖自旋-轨道相互作用如何驱动形貌共存与相变？
• RQ3 在哪些核素中可预期振动与转动模式之间的形貌共存？其E(2+)与R值的特征信号是什么？
• RQ4 基于g7/2与g9/2轨道构建的伪壳层构型如何解释半双壳层闭合与增强形变？
• RQ5 铁电形变在约束快速中子俘获过程（r-过程）中核合成过程中的作用是什么？

主要发现

• 在Z=40、N=64处识别出铁电形变，其最大形变参数R = E(4+)/E(2+) = 3.3，表明具有强烈的轴向转子行为。
• 在N=58、60与62处，96Sr、98Sr、100Sr、98Zr、100Zr与102Zr中预测存在形貌共存，涉及振动与转动模式。
• 该现象源于g7/2轨道中中子与g9/2轨道中质子之间强烈的同位旋依赖自旋-轨道相互作用，二者角动量量子数l=4。
• 在28 ≤ Z ≤ 50与50 ≤ N ≤ 82区域内观察到半双壳层闭合，伪壳层由J=21/2与J=31/2轨道容量构成。
• 在Z=40、N=64处的铁电形变与Z=64、N=104处的形变类似，其行为在两个区域中被分别分类：28 < Z < 50, 50 < N < 82 与 50 < Z < 82, 82 < N < 126。
• 提出同位旋依赖自旋-轨道相互作用在伽马-托勒曼跃迁中起决定性作用，影响r-过程中的核合成。