豐中子鎂同位素的四極關(guān)聯(lián)特征探究范文

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《原子核物理評論雜志》2015年第S1期

摘要:

基于改進(jìn)的包含同位旋相關(guān)項(xiàng)的Nilsson勢，使用投影殼模型，對鎂同位素低激發(fā)譜所反映的四極關(guān)聯(lián)特性進(jìn)行了討論。首先研究了單粒子能在反轉(zhuǎn)島附近的演化情況，集中比較了同位旋相關(guān)項(xiàng)的Nilsson勢及標(biāo)準(zhǔn)Nilsson勢的差異，指出同位旋相關(guān)項(xiàng)能夠用來描述反轉(zhuǎn)島核素結(jié)構(gòu)的原因。通過分析實(shí)驗(yàn)及計(jì)算得到的能譜，發(fā)現(xiàn)鎂同位素的集體運(yùn)動(dòng)特征隨著中子數(shù)的增加在不斷地增強(qiáng)。也計(jì)算了暈帶中的電四極躍遷幾率，指出組態(tài)混合在暈帶中所起的效應(yīng)，進(jìn)一步闡述了反轉(zhuǎn)島附近的豐中子鎂有很好的轉(zhuǎn)子特征。還分析了質(zhì)子組態(tài)及中子組態(tài)對g因子的分別貢獻(xiàn)，并與現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，挖掘了低激發(fā)態(tài)的組態(tài)信息。

關(guān)鍵詞:

集體運(yùn)動(dòng)；投影殼模型；反轉(zhuǎn)島

一、引言

殼演化現(xiàn)象是當(dāng)今核物理研究的一個(gè)熱點(diǎn)問題，引起了很多理論學(xué)家和實(shí)驗(yàn)學(xué)家的研究興趣[1]。19世紀(jì)70年代，Thibault等[2]首次發(fā)現(xiàn)在豐中子A=32附近，原子核具有反常的結(jié)合能。這一現(xiàn)象預(yù)示了N=20中子殼在豐中子區(qū)有不同于穩(wěn)定區(qū)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。1995年，Motobayash等[3]首次在32Mg中觀測到了從0+1到2+1大的電四極約化躍遷幾率。這一實(shí)驗(yàn)直接證實(shí)了N=20這個(gè)傳統(tǒng)幻數(shù)殼的消失以及大形變的存在。該文章指出，對于鎂同位素，N=20殼的減弱使得跨殼激發(fā)變得容易。隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展，人們做了更多的實(shí)驗(yàn)研究來進(jìn)一步探索反轉(zhuǎn)島核區(qū)的結(jié)構(gòu)信息。在2012年的一篇文獻(xiàn)中，實(shí)驗(yàn)學(xué)家通過測量原子核的電荷半徑[4]，并跟理論上的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，指出只有包含闖入組態(tài)信息才能描述好反轉(zhuǎn)島核區(qū)的電荷半徑性質(zhì)。因此，根據(jù)實(shí)驗(yàn)上測到的32Mg的約化電四極躍遷幾率以及原子核電荷半徑，并結(jié)合理論分析，認(rèn)為32Mg的基態(tài)具有大的長橢形變，而且在它的低激發(fā)態(tài)中也是闖入組態(tài)占主要成分。對于特定核區(qū)來說，正常組態(tài)是指按照穩(wěn)定核中的單粒子能級順序依次進(jìn)行填充。比如32Mg，正常組態(tài)指的是它的所有中子填充到sd殼層為止。所謂闖入組態(tài)就是核子沒有按照這種單粒子能級順序進(jìn)行填充，有中子填充到了所謂更高單粒子能的軌道。對于32Mg這個(gè)核，就是中子出現(xiàn)并填充在sd殼以上的軌道[3,5–7]。一般情況下，正常組態(tài)的能量比闖入組態(tài)的能量要低。如果情況相反，正常組態(tài)和闖入組態(tài)的能量發(fā)生了反轉(zhuǎn)[7]，則認(rèn)為這些具有能量反轉(zhuǎn)現(xiàn)象發(fā)生的核素組成了所謂的反轉(zhuǎn)島[8]。為了更好地理解鎂同位素中出現(xiàn)的反常大集體性質(zhì)，越來越多的理論工作開始致力于反轉(zhuǎn)島核區(qū)的研究。如大規(guī)模殼模型計(jì)算[9–12]、蒙特卡羅殼模型計(jì)算[13–15]和平均場方法[16–18]等。大規(guī)模殼模型(球形殼模型)是建立在量子力學(xué)基本原理上的一個(gè)比較成功的核結(jié)構(gòu)模型，它實(shí)際上是在大的組態(tài)空間中對體系哈密頓量進(jìn)行對角化的一個(gè)過程。因此，在描述反轉(zhuǎn)島核區(qū)存在的正常組態(tài)和闖入組態(tài)相互作用方面會(huì)具有很大的優(yōu)勢。但是，因?yàn)槠浠负凸茴D量都沒包含形變的機(jī)制，所以它不能直接給出形變的信息。相反，平均場能直接地以形變或四極矩的形式描述原子核的集體性質(zhì)。但是，在平均場計(jì)算中，由于破壞了轉(zhuǎn)動(dòng)對稱性，角動(dòng)量不再是好量子數(shù)。而投影殼模型[19–21]集合了這兩模型的優(yōu)點(diǎn)，既能很好地描述形變，又能很好地給出組態(tài)信息，從而能很好地研究轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)的組態(tài)和激發(fā)機(jī)制。因此，本文將使用投影殼模型對鎂同位素的結(jié)構(gòu)和集體性質(zhì)進(jìn)行研究。

二、模型

投影殼模型在研究原子核轉(zhuǎn)動(dòng)帶的組態(tài)混合以及激發(fā)機(jī)制方面具有很大優(yōu)勢。在投影殼模型實(shí)際的計(jì)算中，多準(zhǔn)粒子基矢的選取是非常重要的。在這篇文章的計(jì)算當(dāng)中，我們選取的兩準(zhǔn)粒子基為二準(zhǔn)質(zhì)子、二準(zhǔn)中子。理論上的兩準(zhǔn)粒子基數(shù)目比較龐大，但是在實(shí)際的計(jì)算中，主要是挑選費(fèi)米面附近軌道所構(gòu)建出來的。其次，我們在計(jì)算中也包含了四準(zhǔn)粒子基，是通過二準(zhǔn)質(zhì)子、二準(zhǔn)中子耦合得到的。

三、計(jì)算結(jié)果與討論

在進(jìn)行投影殼模型計(jì)算之前，我們首先研究該核區(qū)附近的單粒子能演化情況。我們通過文獻(xiàn)[1,8]了解到，反轉(zhuǎn)島的產(chǎn)生，本質(zhì)上就是殼結(jié)構(gòu)的演化造成的。最顯著的標(biāo)志就是單粒子能級在反轉(zhuǎn)島核素中，相對于穩(wěn)定核素，發(fā)生了較大的變化。傳統(tǒng)的單體勢，雖然可以很好地給出幻數(shù)的信息，但是需要強(qiáng)調(diào)的是，這些幻數(shù)，僅僅是對于穩(wěn)定核素而言的。對于豐中子核素，發(fā)生殼演化之后，這種簡單的單體勢在描述核結(jié)構(gòu)的時(shí)候往往會(huì)蒼白無力。這是我們在本文計(jì)算中選取具有同位旋依賴性Nilsson核勢的主要原因。為了研究這個(gè)改進(jìn)的單體勢的效果，探究它之所以能夠給出反轉(zhuǎn)島核素合理描述的原因，我們計(jì)算了球形形狀下的N=20的同中子素的單粒子能級。圖1給出了具有不同質(zhì)子數(shù)的N=20核素的計(jì)算結(jié)果。為了比較，我們也給出了標(biāo)準(zhǔn)Nilsson單體勢的計(jì)算結(jié)果。標(biāo)準(zhǔn)Nilsson單體勢的結(jié)果和我們計(jì)算之前的預(yù)料一樣，隨著質(zhì)子數(shù)從10∼20范圍內(nèi)變化，單粒子能幾乎沒有改變。也就是說，應(yīng)用這個(gè)核勢，我們沒有辦法描述好殼結(jié)構(gòu)的演化。基于該核勢的計(jì)算，對于穩(wěn)定線附近的核素應(yīng)該還是可靠的，但是對于豐中子核素，當(dāng)有明確的殼演化信號(hào)的時(shí)候，它的計(jì)算結(jié)果很有可能給我們帶來誤導(dǎo)。Nilsson單體勢有一個(gè)明顯的優(yōu)勢，就是形式上的簡單性，在數(shù)值計(jì)算上實(shí)現(xiàn)起來也非常方便，基于該勢的計(jì)算程序運(yùn)算速度也非常快。所以它相對于微觀核勢，依舊有著自己不可或缺的地位。只是它的參數(shù)值，我們在進(jìn)行外推的時(shí)候，需要額外的注意。經(jīng)過調(diào)整的Nilsson單體勢，非常明顯的特點(diǎn)就是在質(zhì)子數(shù)變化的時(shí)候單粒子能也隨之演化，這樣就給它描述殼演化提供了更多的自由度與可行性。我們也看到，在質(zhì)子數(shù)為10，12的時(shí)候(均為反轉(zhuǎn)島內(nèi)的核素)d3/2和f7/2軌道單粒子能級之間的間距，相對于其他核素來說減小了，這將使得從sd殼層到fp殼層的粒子空穴激發(fā)變得更加容易。從形變的角度來講，就是形變的態(tài)相對于球形態(tài)更有可能成為基態(tài)，這是反轉(zhuǎn)島形成的其中一個(gè)原因。接下來，我們就可以應(yīng)用投影殼模型研究鎂同位素的能譜信息。在各種文獻(xiàn)中，對于鎂同位素，討論的熱點(diǎn)問題集中在集體性。考量原子核的集體性質(zhì)的非常重要的觀測量就是低激發(fā)能譜。原子核的電磁躍遷性質(zhì)是一個(gè)非常重要的物理量。對于豐中子鎂來說，從實(shí)驗(yàn)上確定它低激發(fā)能譜的躍遷幾率是比較困難的。在這種情況下，可靠的理論計(jì)算可以提供一定信息以作實(shí)驗(yàn)家的參考。其次，暈帶中的電磁躍遷幾率，也可以反映該原子核的集體性質(zhì)。對于一個(gè)理想轉(zhuǎn)子，它的不同轉(zhuǎn)動(dòng)能級之間的E2躍遷幾率，由于組態(tài)結(jié)構(gòu)不變，數(shù)值上不會(huì)突然發(fā)生較大的變化。投影殼模型的波函數(shù)，是通過多準(zhǔn)粒子基構(gòu)建而成，包含了不同組態(tài)混合的機(jī)制。它計(jì)算出來的暈帶E2躍遷幾率，如果發(fā)生明顯的減小，則會(huì)反映出組態(tài)成分的改變。因此，我們計(jì)算了反轉(zhuǎn)島附近核素的暈帶E2躍遷幾率(見圖3)，并跟現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。

四、總結(jié)

在本文中，基于投影殼模型，討論了豐中子鎂同位素在低激發(fā)能譜中體現(xiàn)出來的集體運(yùn)動(dòng)特征。首先，闡明了使用同位旋依賴的單體勢，可以描述反轉(zhuǎn)島附近核素的單粒子演化的圖像，這使得基于該單體勢的計(jì)算分析變得可靠。通過對于該同位素的第一個(gè)2+態(tài)和4+態(tài)的能量的計(jì)算，并對比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，仔細(xì)討論了這些原子核中的集體運(yùn)動(dòng)跡象，指出隨中子數(shù)增加，鎂同位素呈現(xiàn)好的轉(zhuǎn)子特征。通過對暈帶的電磁躍遷性質(zhì)計(jì)算，也進(jìn)一步確認(rèn)了這一特點(diǎn)。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)組態(tài)混合效應(yīng)，對于豐中子鎂同位素躍遷性質(zhì)有比較明顯的影響。隨著自旋的增加，轉(zhuǎn)子特征變得更加明顯和穩(wěn)定。最后分析了g因子，著重研究了質(zhì)子及中子分別的貢獻(xiàn)。指出中子組態(tài)在接近傳統(tǒng)幻數(shù)的時(shí)候，順排效應(yīng)沒有變小，而是增大了，這也從另一角度，給出了殼消失的特征。

參考文獻(xiàn)：

[1]SORLINO,PORGUETMG.ProgPartNuclPhys,2008,61:602.

[2]THIBAULTC,KLAPISCHR,RIGAUDC,etal.PhysRevC,1975,12:644.

[3]MOTOBAYASHT,IKEDAY,ANDOY,etal.PhysLettB,1995,346:9.

[4]YORDANOVDT,BISSELLML,BLAUMK,etal.PhysRevLett,2012,108:042504.

[5]PRITYCHENKOBV,GLASMACHERT,COTTLEPD,etal.PhysLettB,1999,461:322.

[6]CHIST´EV,GILLIBERTA,L´EPINE-SZILYA,etal.PhysLettB,2001,514:233.

[7]TERRYJR,BROWNBA,CAMPBELLCM,etal.PhysRevC,2008,77:014316.

作者:董國香 王小保 于少英 單位:湖州師范學(xué)院理學(xué)院