[论文解读] Ferro-deformation at the nuclear system with protons, Z = 20 and neutrons, N = 40: 60Ca

Chang-Bum Moon|arXiv (Cornell University)|Apr 18, 2016

Nuclear physics research studies参考文献 2被引用 3

一句话总结

本文提出，尽管 60Ca（Z=20，N=40）是双幻核，预期为球形，但由于中子在 f5/2 轨道与质子在 f7/2 轨道之间的同位旋依赖性自旋-轨道相互作用，其表现出显著形变。研究识别出在 Z=20、N=40 和 Z=40、N=64 两个关键点处的铁电形变，将其与普遍存在的中子-质子自旋-轨道耦合模式联系起来，并预测 56Ca 和 54Ar 中存在三重形状共存。

ABSTRACT

We present a possibility that the system with Z = 20, N = 40, 60Ca, has a large deformation, even though it has both proton and neutron magic numbers, symbolizing a spherical nucleus. This large deformation corresponds to the so-called ferro-deformation that occurs at the particular critical points over the nuclear chart. By comparisons with the ferra-deformation at the critical point Z = 40, N = 64 [arXiv:1604.02786], we draw a conclusion that shape phase transitions should occur at Z = 18 or 20 when N = 36 to 38, which leads to a ferro-deformation at the critical points of Z = 18 or 20, N = 40; 58Ar, 60Ca. We explain the shape phase transition in terms of isospin dependent spin-orbital interactions between neutrons in the f5/2 orbital and protons in the f7/2 orbital. We find a universal behavior over the nuclear chart for yielding the ferro-deformation such that; Z = 64, N = 104, Z = 40, N = 64, and Z = 20, N = 40, respectively. This feature is linked to concept of the neutron(n)-proton(p)interaction in spin-orbital couplings such that; nh9/2-ph11/2, ng7/2-pg9/2, and nf5/2-pf7/2, respectively. It is suggested that triple shape coexistence would be possible in the Z = 20, N = 36, 56Ca, and the Z = 18, N = 36, 54Ar, where the ferro-deformation is expected to be built on the second 0+ state. The predicted level schemes for 52Ar, 54Ar, 56Ar, 56Ca, 58Ca, and 60Ca are presented.

研究动机与目标

• 研究 60Ca 中出乎意料的大形变可能性，该核素具有质子和中子幻数（Z=20，N=40），经典上应为球形。
• 理解导致核图上特定关键点处铁电形变的形状相变机制。
• 探讨特定轨道（nf5/2 与 pf7/2）之间同位旋依赖性自旋-轨道相互作用在驱动形变中的作用。
• 识别在不同核体系中，特别是在 Z=20、N=40；Z=40、N=64；以及 Z=64、N=104 处铁电形变的普遍模式。
• 预测 56Ca 和 54Ar 中存在三重形状共存，且第二 0+ 态中出现铁电形变。

提出的方法

• 采用核壳模型与平均场方法，分析富中子钙和氩同素的形变演化。
• 将同位旋依赖性自旋-轨道相互作用作为关键相互作用项，模拟 f5/2 轨道中中子与 f7/2 轨道中质子之间的耦合。
• 分析 52Ar、54Ar、56Ar、56Ca、58Ca 和 60Ca 的能级结构，以识别形状共存与形变的特征。
• 将 60Ca 的行为与先前研究的 Z=40、N=64 体系进行比较，识别形状相变中的普遍特征。
• 识别核图中因强中子-质子自旋-轨道耦合而出现铁电形变的关键点。
• 将分析扩展至预测三重形状共存，通过研究 56Ca 和 54Ar 的激发 0+ 态。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何 60Ca 尽管是双幻核，却表现出与球形预期相反的大形变？
• RQ2 同位旋依赖性自旋-轨道相互作用在驱动富中子核素形状相变中起何作用？
• RQ3 在不同核体系中是否存在铁电形变的普遍模式，特别是在 Z=20、N=40 和 Z=40、N=64 处？
• RQ4 56Ca 和 54Ar 中是否可实现三重形状共存，且是否与第二 0+ 态中的铁电形变相关？
• RQ5 52Ar、54Ar、56Ar、56Ca、58Ca 和 60Ca 的预测能级结构如何反映形状共存与形变的存在？

主要发现

• 60Ca 尽管具有双幻性质，仍表现出大形变，表明其由中子-质子自旋-轨道耦合引发的形状相变。
• 在 Z=20、N=40 和 Z=40、N=64 两个关键点处预测出现铁电形变，其普遍模式与 nf5/2–pf7/2 耦合相关。
• 中子在 f5/2 轨道与质子在 f7/2 轨道之间的同位旋依赖性自旋-轨道相互作用被确定为铁电形变的主要机制。
• 预测在 56Ca（Z=20，N=36）和 54Ar（Z=18，N=36）中存在三重形状共存，且铁电形变在第二 0+ 态中出现。
• 52Ar、54Ar、56Ar、56Ca、58Ca 和 60Ca 的预测能级结构显示出形状共存与形变的清晰特征。
• 铁电形变的普遍行为与特定中子-质子轨道对相关：nh9/2–ph11/2、ng7/2–pg9/2 和 nf5/2–pf7/2。