Starke elektromagnetische Dipolübergänge in schweren Kernen als Sonden zur Proton- Neutron-Symmetrie in Kernmaterie

• Applicant: Professor Dr. Jan Jolie
• Subject Area: Nuclear and Elementary Particle Physics, Quantum Mechanics, Relativity, Fields
• Term: from 2004 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5423288

• Final Report Year: 2010

Final Report Abstract

Der Neutron-Proton-Freiheitsgrad und die Rolle von nuklearen Proton-Neutron Subsystemen in der Formulierung kollektiver Quantenphänomene standen im Zentrum des Forschungsvorhabens. Starke elektromagnetische Dipolübergänge in Kernen haben einen dominanten isovektoriellen Charakter und sind daher eine Signatur für Strukturveränderungen von Kernzuständen hinsichtlich der Proton-Neutron-Symmetrie. Das Forschungsvorhaben diente der Identifikation von Proton-Neutron nicht-symmetrische Kernzuständen durch die Untersuchung starker M1 Übergänge in schweren Kernen. Eigenschaften solcher Zustände sind sensitiv auf die Proton-Neutrona Wechselwirkung in Atomkernen. Die erforschten Kernzustände wurden mittels der schwachen und starken Wechselwirkung bevölkert und ihre Zerfälle in hochauflösender Gamma-Spektroskopie untersucht. Die Forschungsergebnisse tragen zu einem verbesserten Verständnis der Proton-Neutron-Wechselwirkung in Kernmaterie bei. Zentraler Punkt dieses Forschungsvorhabens war insbesondere das Verständnis der Entwicklung von nuklearer Kollektivität in der Nähe von Schalenabschlüssen in Abhängigkeit von der Valenznukleonenzahl. Dabei ist es gelungen, die Systematik der gerade-geraden Zink Isotope durch Messungen an 62 Zn und 70 Zn wesentlich zu erweitern. Diese Systematik zeigt einen ungewöhnlich starken Abfall der Anregungsenergie des gemischt-symmetrischen 2+MS Zustands mit wachsender Neutronenzahl, welcher als Einfluss des N=40 Unterschalenabschlusses gedeutet werden kann. Auch konnten Effekte von Zustandmischungen nachgewiesen werden und als F-Spin Brechung verstanden werden. Im Gegensatz zu den sehr gut untersuchten N=52 Isotonen sind die gemischt-symmetrischen Zustände in den N=54 eher unbekannt. Hier ist es uns gelungen, in 100 Pd zum ersten Mal solche Zustände zu identifizieren. Das gleiche gelang auch in 130 Xe und 90 Mo. Dabei war die Messung der Multipolmischungverhältnisse am HORUS Spektrometer des Kölner Beschleuniger ausschlaggebend. Es konnte aber noch keine Lebensdauern gemessen werden wie in den Zn Isotopen. In zwei weiteren Studien stand die mikroskopische Beschreibung der gemischt symmetrischen Zustände im Fokus. Unterstützt wurden diese durch Experimente am Kölner Beschleuniger und an der University of Kentucky. Für die neutronenarmen Cd u Isotope mit A= 100,102,104,106 wurden Schalenmodellrechnungen durchgeführt und auf gemischtsymmetrische Zustände untersucht. Diese Zustände konnten identifiziert werden und experimentell in 106 Cd bestätigt werden. Für 196 Hg und 198 Hg konnte eine direkte Verbindung zum supersymmetrischen Interacting Boson-Fermion-Fermion Modell nachgewiesen werden und es wurden die beide Termschemata erheblich erweitert und korrigiert. Insgesamt hat das Forschungsvorhaben wesentlich zu einem besseren Verständnis der Abhängigkeit der gemischt symmetrischen Zustände von der Valenznukleonenzahl in sphärischen Atomkernen beigetragen und den Zugang zu einer mikroskopischen Beschreibungen dieser Zustände geöffnet.

Publications

• Shell model description of the low-lying states of the neutron deficient Cd isotopes. Phys. Rev. C 75 014316 (2007)
  N. Boelaert, N. Smirnova, K.L.G. Heyde, J. Jolie
  
• Candidates for the one-phonon mixed-symmetry state in 130Xe. Phys. Rev. C 79 (2009) 034315
  L. Bettermann, C. Fransen, S. Heinze, J. Jolie, A. Linnemann, D. Mücher, W. Rother, T. Ahn, A. Costin, N. Pietralla, and Y. Luo
  
• Search for a candidate of the 2+MS state in 90 Mo. Eur. Phys. J. A 42 (2009) 7
  L. Bettermann, N. Braun, Ch. Fransen, S. Heinze, J. Jolie, A. Linnemann, D. Mücher and D. Radeck
  
• Study of low-spin excitations in 100Pd. Nucl. Phys. A821 (2009) 1
  D. Radeck, M. Albers, C. Bernards, L. Bettermann, A. Blazhev, C. Fransen, S. Heinze, J. Jolie, D. Mücher
  
• Two-fermion-four-boson description of 198Hg within the U(6/12)U(6/4) extended nuclear structure supersymmetry. Phys. Rev C 79 (2009) 054307
  C. Bernards, S. Heinze, J. Jolie, C. Fransen, A. Linnemann, and D. Radeck
  
• Multiphonon excitations in 62Zn. Nuclear Physics A 847 (2010) 180
  M. Albers, D. Mücher, C. Bernards, A. Blazhev, C. Fransen, S. Heinze, J. Jolie, A. Lisetskiy, P. Petkov, D. Radeck, K.O. Zell