[论文解读] First order shape transition and critical point nuclei in Sm isotopes from relativistic mean field approach

Jie Meng, W. Zhang+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 16, 2003

Nuclear physics research studies参考文献 1被引用 42

一句话总结

本研究利用包含BCS配对的微观四极矩约束相对论平均场（RMF）模型，研究了钐同素体中从球形到轴向形变核的首阶形状相变。研究识别出148Sm、150Sm和152Sm为临界点核，标志着U(5)球形相与SU(3)形变相之间的转变，其依据为软的势能面以及所有主要相互作用（NL1、NL3、NLSH、TM1）下单粒子谱的演化。

ABSTRACT

The critical point nuclei in Sm isotopes, which marks the first order phase transition between spherical U(5) and axially deformed shapes SU(3), have been investigated in the microscopic quadrupole constrained relativistic mean field (RMF) model plus BCS method with all the most used interactions, i.e., NL1, NL3, NLSH and TM1. The calculated potential energy surfaces show a clear shape transition for the even-even Sm isotopes with $N = 82\sim 96$ and the critical point nuclei are found to be $^{148}$Sm, $^{150}$Sm and $^{152}$Sm. Similar conclusions can also be drawn from the microscopic neutron and proton single particle spectra.

研究动机与目标

• 研究钐同素体中球形（U(5)）与轴向形变（SU(3)）相之间首阶形状相变的微观起源。
• 确定是否可在自洽的微观框架内识别出临界点核——其特征为形变方向的极端柔软性。
• 利用相对论平均场方法，研究壳层演化与配对关联在驱动形状转变中的作用。
• 通过分析多种参数集下的势能面与单粒子谱，验证核中X(5)临界点对称性。
• 弥合现象学临界点模型与从头算微观核结构计算之间的差距。

提出的方法

• 采用四极矩约束的相对论平均场（RMF）理论，计算从144Sm到158Sm的偶偶钐同素体的势能面。
• 使用四种广泛使用的RMF参数集（NL1、NL3、NLSH、TM1）以确保不同相互作用下结果的稳健性。
• 应用BCS方法处理基态和形变约束构型中的配对关联。
• 计算球形与形变态之间的结合能差，以量化形状柔软性并识别临界点行为。
• 分析质子与中子的单粒子能级，将壳层演化与形状转变相关联。
• 在所有参数集之间比较结果，以确认临界点识别的一致性与可靠性。

实验结果

研究问题

• RQ1 哪些钐同素体表现出最软的形变，并标志着从球形到轴向形变形状的首阶相变临界点？
• RQ2 在微观RMF框架下计算的势能面在多大程度上反映了X(5)临界点对称性的预测？
• RQ3 单粒子能级的演化与壳层间隙在多大程度上与钐同素体中观察到的形状转变相关？
• RQ4 148Sm、150Sm和152Sm作为临界点核是否可在多个RMF参数集中一致识别？
• RQ5 配对关联与形变能垒在塑造球形与形变相之间的过渡区中起什么作用？

主要发现

• 148Sm、150Sm和152Sm的势能面在β2形变方向表现出极端柔软性，表明其为首阶相变的临界点。
• 在152Sm中，球形与基态构型之间的结合能差达到9.51 MeV（NL1）、8.02 MeV（NL3）、6.59 MeV（NLSH）和3.38 MeV（TM1），证实了高度的形状柔软性。
• 148Sm在NL1中表现出2.26 MeV的形变势垒，上升至NLSH中的2.72 MeV，表明其从球形向临界点行为的转变。
• 单粒子谱显示，N=82壳层间隙在148Sm和150Sm中显著减弱，而从154Sm开始在N=94处出现新的形变壳层间隙。
• 144Sm的基态为球形，具有12 MeV的势垒，而154–158Sm则为显著形变，证实了同素体链中完整的形状演化。
• 所有四种参数集（NL1、NL3、NLSH、TM1）均得出一致结果，强化了148Sm、150Sm和152Sm作为临界点核的稳健性。