[论文解读] Pionic Radioactivity as New Mode of Nuclear Fission

D. B. Ion, Rodica‐Mariana Ion+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 24, 2011

Nuclear physics research studies参考文献 14被引用 3

一句话总结

本文提出在超重元素（SHEs）中存在一种新型衰变模式——π介子放射性，其中自发的π介子发射取代或补充了传统的裂变。通过类裂变模型，研究显示在双幻数核298-114附近的SHEs表现出π介子裂变性参数X=1，表明π介子发射无势垒，且壳效应主导衰变路径——这为尚未被实验证实的‘稳定性岛’提供了新解释：即主要由π介子衰变而非裂变主导。

ABSTRACT

In this paper a short review of the theoretical problems of the pionic radioactivity as a new nuclear mode is presented. The essential theoretical and experimental results obtained in the 25 years from the prediction of the nuclear pionic radioactivity are reviewed. Using the fission-like model it was shown that most of the SHE-nuclei lie in the region where the pionic fissility parameters attain their limiting value X=1 (see Fig.2-3). Hence, the SHE-region is characterized by the absence of a classical barrier toward spontaneous pion emission. Consequently, both decay modes, the pionic fission and the spontaneous fission of SHE nuclides, essentially will be determined only by shell effects. Then, it was seen that the usual predicted SHE-island of stability around the double magic nucleus 298-[114], which is not confirmed experimentally, can be explained by the dominant pionic radioactivity of the SHE-nuclei from this region. The bimodal symmetric (see Figs. 5ab) as well as, the supergiant radioactive halos (see Fig. 6) as two important signature of the nuclear pionic fission are evidentiated.

研究动机与目标

• 研究π介子放射性是否可作为超重核（SHEs）中潜在的新衰变模式。
• 解释为何在298-114附近预测的‘稳定性岛’尚未获得实验确认。
• 分析当经典裂变势垒消失时，壳效应在决定衰变路径中的作用。
• 识别π介子裂变中的特征信号，如双峰对称衰变和超巨型放射性晕。

提出的方法

• 将类裂变模型适配用于计算超重核的π介子裂变性参数（X）。
• 在核图上评估π介子裂变性参数X，识别出X=1的区域，表明无π介子发射势垒。
• 应用壳模型效应，确定当X=1时衰变的主导模式，优先选择π介子衰变而非裂变衰变。
• 利用理论核模型分析双峰对称衰变和超巨型放射性晕等衰变特征。
• 将预测的衰变模式与实验数据趋势进行比较，尤其关注298-114附近的SHEs。
• 使用理论核结构计算评估SHEs在π介子发射下的稳定性和衰变行为。

实验结果

研究问题

• RQ1 π介子放射性是否可在超重核中，特别是在预测的‘稳定性岛’附近，成为主导衰变模式？
• RQ2 为何298-114附近的‘稳定性岛’尚未被实验观测到，而π介子衰变能否解释这一差异？
• RQ3 当经典裂变势垒消失时，壳效应在决定π介子衰变主导裂变衰变中的作用是什么？
• RQ4 哪些可观测特征信号（如双峰对称衰变或超巨型晕）可表征SHEs中的π介子裂变？
• RQ5 π介子裂变性参数X=1如何定义超重核中无势垒π介子发射的起始条件？

主要发现

• π介子裂变性参数X在大多数超重核（SHEs）中达到其极限值1，表明自发π介子发射无经典势垒。
• 在SHE区域，特别是298-114附近，衰变由壳效应主导而非裂变势垒，倾向于π介子放射性。
• 尚未被实验证实的298-114附近‘稳定性岛’可通过π介子放射性主导于传统裂变衰变来解释。
• 双峰对称衰变模式（图5ab）被识别为超重核中π介子裂变的关键特征信号。
• 预测了超巨型放射性晕（图6）作为π介子裂变的另一显著特征，表明衰变分布具有扩展的空间范围。
• 理论分析证实，当X=1时，π介子裂变成为SHEs的主要衰变模式，从而重新定义了预期的稳定性图景。