Μέτρηση χρόνων ζωής και ανηγμένων ρυθμών μετάπτωσης σε μεταβατικούς πυρήνες

Abstract

Μόλις στις αρχές της προηγούμενης δεκαετίας, ο F. Iachello, με δύο διαδοχικές δημοσιεύσεις, πρότεινε δύο λύσεις της Χαμιλτονιανής του Bohr που περιγράφουν πυρήνες που βρίσκονται στο μεταβατικό στάδιο μεταξύ των τριαξονικών πυρήνων και των σφαιρικών ταλαντωτών καθώς επίσης και μεταξύ των τελευταίων και των αξονικά συμμετρικών περιστροφέων. Οι λύσεις αυτές ονομάστηκαν συμμετρίες κρίσιμου σημείου E(5) και X(5) αντιστοίχως. Όσον αφορά τη συμμετρία X(5) έχουν βρεθεί πειραματικά αρκετοί πυρήνες που συμφωνούν με τις προβλέψεις της. Σε αντίθεση, για τη συμμετρία E(5), με εξαίρεση το 134Ba που προτάθηκε πρώτο ως παράδειγμα της συμμετρίας αυτής, δεν έχει μέχρι σήμερα βρεθεί κάποιος άλλος πυρήνας που να συμφωνεί με τις προβλέψεις της. Αυτό ακριβώς αποτελεί και το κίνητρο της παρούσας διδακτορικής διατριβής. Από ένα ολιγομελές σύνολο πυρήνων που έχουν προταθεί ως υποψήφιοι πυρήνες για την συμμετρία E(5), στα πλαίσια της παρούσας εργασίας μελετήθηκαν οι πυρήνες 128Xe, 130Xe και 102Pd. Οι ανηγμένοι ρυθμοί μετάπτωσης αποτελούν ένα ιδιαίτερα ευαίσθητο κριτήριο για τον έλεγχο των πειραματικών μοντέλων και συνδέονται άμεσα με τους χρόνους ζωής των διεγερμένων σταθμών. Έτσι, η μέτρηση των χρόνων ζωής αποτελεί έναν έμμεσο τρόπο προσδιορισμού των ανηγμένων ρυθμών μετάπτωσης. Στην εργασία, περιγράφεται διεξοδικά η τεχνική RDDS που χρησιμοποιήθηκε και για τους τρεις πυρήνες, καθώς και η μέθοδος DDCM που χρησιμοποιήθηκε για την ανάλυση των δεδομένων. Επίσης, περιγράφεται η τεχνική διέγερσης Coulomb μέσω της οποίας προσδιορίζονται άμεσα οι ανηγμένοι ρυθμοί μετάπτωσης και η οποία χρησιμοποιήθηκε στην περίπτωση των 128Xe και 130Xe. Συγκεκριμένα, για τους πυρήνες 128Xe και 130Xe εφαρμόστηκε η τεχνική Coulex-Plunger σε αντίστροφη κινηματική, η οποία συνδυάζει την τεχνική RDDS με τη διέγερση Coulomb επιτρέποντας έτσι την ανάλυση των δεδομένων με δύο ανεξάρτητες μεθόδους. Η τεχνική αυτή αναπτύσσεται λεπτομερώς καθώς επίσης και η ανάλυση των δεδομένων με τις δύο μεθόδους, τόσο με τη μέθοδο DDCM όσο και με χρήση του προγράμματος GOSIA, το οποίο πρόγραμμα χρησιμοποιείται ευρέως για την ανάλυση δεδομένων από διέγερση Coulomb. Στην περίπτωση του 102Pd χρησιμοποιήθηκε η τεχνική RDDS μέσω της οποίας προσδιορίστηκαν επτά χρόνοι ζωής διεγερμένων σταθμών του πυρήνα αυτού. Στην εργασία περιγράφονται οι λεπτομέρειες του πειράματος αυτού καθώς και η ανάλυση των δεδομένων με τη μέθοδο DDCM μέσω της οποίας προσδιορίστηκαν τελικά χρόνοι ζωής διεγερμένων σταθμών της ζώνης yrast μέχρι τη στάθμη 81+ καθώς επίσης και τρεις χρόνοι ζωής από μία πλευρική ζώνη. Τέλος, γίνεται η σύγκριση των αποτελεσμάτων με τις προβλέψεις της συμμετρίας E(5) μαζί με τη σχετική συζήτηση και τα συμπεράσματα. Ειδικά για την περίπτωση του 102Pd, πραγματοποιείται και ένας θεωρητικός υπολογισμός στα πλαίσια του μοντέλου των αλληλεπιδρώντων μποζονίων ώστε να εξεταστεί το κατά πόσον ο τελευταίος μπορεί να περιγραφεί με μία μεταβατική Χαμιλτονιανή. Η εργασία κλείνει με μία σύντομη σύνοψη και προοπτικές για το μέλλον. Τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν στα πλαίσια της παρούσας εργασίας έγιναν σε στενή συνεργασία με το εργαστήριο επιταχυντού JYFL του Πανεπιστημίου Jyväskylä στη Φινλανδία όπου και πραγματοποιήθηκαν οι μετρήσεις των 128Xe και 130Xe καθώς και με το Ινστιτούτο Πυρηνικής Φυσικής του Πανεπιστημίου της Κολωνίας όπου και πραγματοποιήθηκε μέρος της ανάλυσης των δεδομένων κατά τη διάρκεια της δίμηνης παραμονής του γράφοντος εκεί.

It was only in the start of the previous decade that F. Iachello, with two successive publications, suggested two solutions of the Bohr Hamiltonian which describe nuclei that undergo the transition from the triaxial to the spherical vibrator limit and from the spherical vibrator to the axially symmetric rotor limit. These two solutions where coined E(5) and X(5) critical point symmetries respectively. Concerning the X(5) symmetry there have been quite a few nuclei that agree with its predictions. On the other hand, the E(5) symmetry, with the exception of 134Ba which was the first proposed paradigm, has not yet been established. This is exactly what gives the motivation for this thesis. From a short list of nuclei that have been proposed as candidates for the E(5) symmetry, three of them, in particular 128Xe, 130Xe and 102Pd have been studied in this work. Transitional strengths are a very sensitive criterion for the test of nuclear models and they are directly related to the lifetimes of the excited states. Therefore, measuring a lifetime is an indirect way of determining the transitional strength. The RDDS technique which, was applied for all three measured nuclei, is described thoroughly as well as the DDC method which was used for the data analysis. Also, the Coulomb excitation technique is described, through which the transitional strengths of 128Xe and 130Xe are determined. In particular, for 128Xe and 130Xe, the Coulex plunger in inverse kinematics technique was applied, which combines the RDDS technique with Coulomb excitation, therefore enabling the analysis of the data with two separate methods. That technique is presented in detail along with the data analysis with both methods, the DDCM as well as the analysis with the code GOSIA, which is a ‘‘Coulex’’ code commonly used for the analysis of Coulomb excitation data. For the case of 102Pd the RDDS technique was used through which seven lifetimes of excited states of that nucleus were determined. The details of that experiment are described along with data analysis with the DDC method through which lifetimes up to the 81+ of the yrast band as well as three lifetimes of a sideband were determined. Finally, a comparison of the results with the E(5) critical point symmetry predictions is presented which is followed by discussion and conclusions. Especially for the case of 102Pd, a theoretical calculation in terms of the interacting boson model is attempted in order to test whether the latter can be described by a transitional Hamiltonian. The thesis ends with short summary and future perspectives. The experiments described in the current thesis were realized in collaboration with the University of Jyväskylä in Finland where the measurements of 128Xe and 130Xe took place and with the Institute of Nuclear Physics of the University of Cologne where part of the data analysis took place during the author’s two month stay there.