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本工作对130Ba的能级结构作了大幅拓展,为讨论各转动带的性质,我们首先比较了他们的激发能,如图3所示。为清晰展示转动带间能量差异,图中展示的是激发能减去一个刚性转子能量后的部分。由于准粒子拆对,8
$ \hbar $ 以后出现了转动惯量更大的二准粒子带,使晕线的斜率减小,表现出明显的分段特征。准质子和准中子都可能发生拆对,而拆对后的准粒子可以占据多个轨道,因此存在丰富的耦合模式,在图3中可以看到拆对之后出现多条转动带。转动带的布居强度大致随它们离晕线的距离增加而减弱,靠近晕线的N1、S2o、S1是拆对后布居最强的几条转动带。在前人的工作中,已通过对顺排角动量的分析将S1、S2o的组态分别建议为
$ \pi h^2_{11/2} $ 与$ \nu h^2_{11/2} $ ,但由于理论值和实验值之间的差异,对S1的指认是试探性的。在附近的134Ce中,通过g因子的测量确定了两条类似转动带都基于$ \nu h^2_{11/2} $ [22],后续的研究表明这两条转动带内禀结构的区别主要在于形变[23-24]。这种现象也可能出现在130Ba中,使指认130Ba中观察到转动带的组态变得更加困难,需要充分考虑不同形变带来的影响。为此,本工作结合总势能面(TRS)、倾斜轴推转(TAC)、粒子转子模型(PRM)和投影壳模型(PSM)等理论模型的计算结果[3],指认了各个能带的组态,如表1所列。带 组态 形状 转轴 GSB – 长椭 主轴 ${\rm{\gamma }}$-band – 三轴振动 主轴 S1 $\pi h^2_{11/2}$ 长椭 主轴 S1′ $\pi h^2_{11/2}$ 三轴 沿主轴进动 S2o $\nu h^2_{11/2}$ 扁椭 主轴 S2o′ $\nu h^2_{11/2}$ 扁椭 主轴 S2″ $\nu h^4_{11/2}$ 扁椭 主轴 S2p $\nu h^2_{11/2}$ 长椭 主轴 D1 $\pi h^2_{11/2}\otimes \nu h^2_{11/2}$ 长椭 倾斜轴 t-band $\nu h^2_{11/2}$ 长椭 倾斜轴 N1 $\nu h_{11/2}g_{7/2}$ 长椭 主轴 N2 $\pi h^2_{11/2}\otimes \nu h_{11/2}g_{7/2}$ 长椭 主轴 其中,S1、S2o的准粒子组态得到证实,值得注意的是S2o被指认为扁椭形变带,这一指认也可以被顺排角动量验证。从图4中可以看到,当采用与其它转动带一致的Harris参数时,S2o、S2o′和S2″的顺排角动量表现出不合理的下降趋势,为了得到正常的趋势只有采用更小一些的Harris参数。这说明这几个带的动力学转动惯量显著小于其他转动带,而这正是这个核区扁椭转动带表现出来的性质[25]。扁椭形变下130Ba的准中子占据
$ h_{11/2} $ 的低$ \Omega $ 轨道,与长椭形变下的准质子相似,因此S1和S2o的顺排角动量相近,都在8$ \hbar $ 左右。而在长椭形变下准中子占据$ h_{11/2} $ 的中高$ \Omega $ 轨道,这导致S2p带的顺排角动量略低一些($ \sim 6 \hbar $ )。根据投影壳模型的计算,S2o′被指认为S2o的旋称非优先分支,而S2″则被指认为又一对准中子拆对后得到的$ \nu h^4_{11/2} $ 组态[3]。然而,如果将S1′带指认为S1带的旋称非优先分支,投影壳模型计算出的旋称劈裂要大于实验值,尤其在较高自旋部分。这意味着S1′带可能源于激发能低于S1带的旋称非优先分支的另一种机制。在具有三轴形变的原子核中,如果只有一个准粒子占据高j低
$ \Omega $ 轨道,可能会呈现摇摆运动。在135Pr和105Pd中,摇摆带与旋称非优先分支的激发能相近,而在更重的Lu和Ta同位素中,未观测到旋称非优先分支,因此其激发能应显著高于摇摆带。130Ba核中观察到的S1与S1′带与后者相似,而其组态包含两个占据高j低$ \Omega $ 轨道的准质子,因此有可能也源于摇摆运动。实验上提取了从S1′向S1退激的M1/E2跃迁的混合比,发现它们普遍具有较大的负值,这表明E2成分得到的明显的增强,通常这被当作摇摆带的一个关键判据。随后通过约束的三轴密度泛函理论和量子粒子转子模型[26]计算了摇摆带的激发能和跃迁几率,与实验值很好地符合,进一步支持了摇摆带的解释。S1′带可能是实验观测到的第一例建立在二准粒子组态上的摇摆带结构。将S1′带的摇摆频率与自旋的变化关系与135Pr[9]、163Lu[7]中已报道的摇摆带进行比较,如图5所示,3个原子核的摇摆频率均随着自旋的增加而降低,这种变化趋势与最初的预言相反,但在最近被解释为横向摇摆[11]。在这种图像下,准粒子的角动量固定在与核芯角动量垂直的方向上进动,而摇摆频率随自旋降低,下降的斜率与沿三个主轴的转动惯量之比相关。图5中可以看到三个摇摆带的摇摆频率下降趋势有明显差异,135Pr中摇摆频率的斜率远大于163Lu,这主要是由四极形变的差异引起的,163Lu中摇摆带的四极形变是135Pr中的2倍以上。130Ba中摇摆频率的变化趋势介于两者之间,这是由于两个高j低$ \Omega $ 轨道的准质子驱动使130Ba四极形变略大于135Pr。130Ba中半衰期为9.4 ms的8-同核异能态是建立在
$ \nu $ h$ _{11/2} $ g$ _{7/2} $ 组态上的高K同核异能态,该同核异能态系统性地存在于这一核区的$ {N} \!=\! 74 $ 同中子素中。通过理论分析发现N1带的各观测性质与该内禀组态相符,这进一步确认了N1带布居在这个同核异能态上。结合已知的电四极矩和磁矩信息,重新提取了该同核异能态的g因子[1],其中$ {g}^{}_{\rm K} \!=\! -0.040(5) $ 与从临近奇A核中提取的单粒子g因子的耦合值相符。$ {g}^{}_{\rm R} \!=\! 0.278(15) $ 小于理论值,这与近来在180质量区多中子组态观察到的现象是一致的。N2带由N1带经过又一对准粒子顺排产生,N1带的内禀组态已包含了中子$ h_{11/2} $ 轨道,会带来阻塞效应延迟可能的中子拆对,故N2应该来自于准质子拆对,其组态为$ \pi{h}_{11/2}^2\bigotimes\nu{h}_{11/2}{g}_{7/2} $ 。回弯后顺排角动量增加了$ 6\thicksim7\hbar $ (见图4),略小于S1带中$ \pi h^2_{11/2} $ 带来的8$ \hbar $ ,这可能是源于形状改变的影响。根据组态约束的三轴协变密度泛函理论计算的结果,N1接近长椭形变,而N2具有典型的三轴形变[3]。除S带外,本工作还发现了另一部分正宇称能级结构,由t带、D1带和它们之间的过渡能级构成(如图1)。t带建立在激发能为2 983 keV的8+态上,而D1带的带头为激发能4 911 keV的12+态,因此它们应分别对应二准粒子和四准粒子带。t带分别向
$ {\rm{\gamma }}$ 带、基态带、S2o带和$ {K}^\pi $ =8–的同核异能态退激,考虑到这些带的形状和K值都存在显著差距,多条退激途径的共存是一个很独特的现象。由于S2o和$ {K}^\pi $ =8–的同核异能态都含有占居$ {h}_{11/2} $ 轨道的准中子,可以向它们退激的t带也应包含至少一个在此轨道上的准中子。不考虑大四极形变下才能布居的闯入轨道(会对应更低的带头自旋和更高的带头激发能),则除$ {h}_{11/2} $ 外中子费米面附近都是正宇称中子轨道,因此这个正宇称带只能基于与S2p和S2o相同的$ {h}^2_{11/2} $ 内禀轨道。然而S2p和S2o已经分别对应了长椭、扁椭形变,t带和它们有何差别呢?我们注意到在180核区曾报道过一系列建立在$ \nu{i}^2_{13/2} $ 内禀组态上的倾斜轴转动带[27],可以同时向基态带和高K同核异能态退激,与t带情况相似。因此t带可以解释为建立在$ \nu{h}^2_{11/2} $ 内禀组态上的倾斜轴转动带。$ {N} \!=\! 74 $ 时,中子费米面位于$ {h}_{11/2} $ 轨道的中部,准中子的角动量方向不接近任意一个主轴,而在远离它们的倾斜轴上。对于集体转动的原子核,更适合用非旋流体去解释它的运动规律,而非旋流体液滴是可以沿倾斜轴转动的。当两个准中子的角动量方向接近,它们耦合得到的总角动量也会沿倾斜轴方向,在准中子驱动下,t带表现出沿倾斜轴的集体运动。从图1中可以发现,D1带主要通过S带和t带进行退激,因此,我们把该带的组态指认为$ \pi{h}_{11/2}^2 $ $ \bigotimes $ $ \nu{h}_{11/2}^2 $ 。由于准中子和准质子分别绕三轴核芯的长轴和短轴转动,相互垂直的转动方向使这个带呈现磁转动带的特征,包括很小的旋称劈裂和M1跃迁主导的带内退激。
Collective Motion in 130Ba
doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC43
- Received Date: 2020-01-09
- Rev Recd Date: 2020-04-16
- Available Online: 2020-09-30
- Publish Date: 2020-09-20
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Key words:
- collective motion /
- alignment /
- wobbling motion /
- isomer
Abstract: An in-beam
Citation: | Song GUO, Houbing ZHOU, C.M Petrache, Yunhua QIANG. Collective Motion in 130Ba[J]. Nuclear Physics Review, 2020, 37(3): 530-535. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019CNPC43 |