物理系退休教师朱胜江教授研究组与合作者在原子核高自旋结构研究中取得新进展

 

       朱胜江教授研究组和美国范德比尔特大学、劳伦斯伯克利实验室、国内湖州师范学院以及俄罗斯杜布纳实验室的合作者最近在原子核高自旋结构研究中发现原子核反射不对称形状和反射对称形状共存的新特性。相关工作以" Coexistence of Reflection Asymmetric and Symmetric Shapes in 144Ba "为题发表在1月24日的物理学评论快报上。并被编辑选为推荐文章。

        原子核是集中强、弱、电磁相互作用的复杂的有限多体体系。在高速转动状态下,原子核呈现一系列重要特性,包括各种奇特的形状特性。在以往的高自旋态研究中,发现原子核的球形、长椭球形、扁椭球形、三轴形变等特性,这些都是属于空间反射对称性形状。近年来发现的具有梨型形状的八极形变则具有空间反射不对称性,在空间反演下其宇称不守恒。但在转动状态下,宇称算符与转动算符联合作用,生成一个新的算符(称为Simplex算符),在该算符作用下体系对称性得以恢复。对偶偶核来说,simplex本征值为s=+1或s=-1。在高自旋态下表现为正负宇称交叉的集体转动带,这种结构近年来实验上已观测到多例。另一方面,在高速转动的原子核中,同一个核中观测到具有不同的形状即所谓形状共存也是多年来核结构研究的重要的课题。在以往的研究中,所观测到的形状共存都发生在球形、长椭球型、扁椭球型与三轴形变的具有反射对称型的形状之间,实验上尚未观测到具有稳定形变的反射不对称形状与反射对称形状的形状共存。实验上寻找原子核中这样的形状共存特性是非常有意义的课题。



      朱胜江教授研究组长期以来与国内外先进实验室与研究组合作进行高自旋态核结构研究。该项工作是对丰中子144Ba核进行研究,以寻找新的形状共存特性。实验测量是在美国劳伦斯伯克利实验室进行的,用101个具有反康普顿干扰的高纯锗探测器组成的伽玛探测器阵列测量由252Cf自发裂变产生的瞬发伽玛谱以研究丰中子核区的高自旋态结构。经过复杂的数据处理与分析,新建了144Ba高自旋态能级纲图如图1所示。黑色线条与标注为别人已发表的结果,红色为新发现的能级与跃迁。图中,带(1)与带(2)为s=+1八极形变带结构,课题组对此转动带作了验证与扩展,其具有稳定的反射不对称梨型形状。带(3)与带(4)为新建立的转动带结构。原先别人的结果只发现少数几条能级与跃迁,并且作了推测性假定带(3)与带(4)有可能是s=-1的反射不对称形状的八极形变带结构。课题组经过仔细的能级结构与跃迁特性的分析、角关联实验数据测量、内转换系数的测量、跃迁的分支比研究、转动惯量的分析等,指定带(3)与带(4)为四极长椭形变带结构,具有稳定的反射对称的橄榄球型形状。这样在144Ba中观测到反射不对称形状和反射对称形状共存的新特性。

       在实验的基础上,湖州师范学院的刘艳鑫教授对新建立的带(3)和带(4)进行了投影壳模型的理论计算,计算结果和实验比较如图2所示。结果表明,相比于其他组态,在两准粒子组态为ν3/2-[532]ν3/2-[521]时,理论与实验有更好的符合,计算的形变参量为ε2=0.150,进一步支持带(3)和带(4)为具有长椭四极形变的反射对称形状的结论。



       此项工作建立了144Ba核新的高自旋态能级纲图,扩展了原有的具有反射不对称形状的s=+1的八极形变带,新建了具有反射对称形状的四极形变带,表明在144Ba中存在具有稳定形变的反射不对称形状与反射对称形状共存。这是在核结构研究中第一次识别这种重要的结构特性。  

       清华大学物理系朱胜江教授为文章的第一作者。朱胜江教授、美国范德比尔特大学的王恩宏博士与J. Hamilton教授为共同通讯作者。湖州师范学院的刘艳鑫教授参加了理论计算工作,清华大学物理系肖志刚教授、博士生黄彦参加部分数据与物理分析工作,美国范德比尔特大学以及劳伦斯伯克利实验室的Ramayya教授、Brewer博士、罗亦孝教授、 Rasmussen教授以及俄罗斯杜布纳实验室的Ter-Akopian和Ts. Oganessian教授等参加实验与部分数据分析工作。该研究得到了多项国家自然科学基金、美国能源部资金以及俄罗斯基础研究基金的支持。

        文章链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.032501