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Novel decay properties of positive-parity low-spin states of deformed gadolinium and dysprosium nuclei

Beck, Tobias (2021):
Novel decay properties of positive-parity low-spin states of deformed gadolinium and dysprosium nuclei. (Publisher's Version)
Darmstadt, Technische Universität,
DOI: 10.26083/tuprints-00019255,
[Ph.D. Thesis]

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Item Type: Ph.D. Thesis
Status: Publisher's Version
Title: Novel decay properties of positive-parity low-spin states of deformed gadolinium and dysprosium nuclei
Language: English
Abstract:

Atomic nuclei are complex many-body quantum systems. Still, selected properties can often be modeled by macroscopic equilibrium shapes. Their evolution with nucleon number exhibits all signs of phase-transitional behavior. A prominent example for a transition between spherical and axially-symmetric deformed phases is the region of the nuclear chart in the vicinity of N = 90. It is characterized by a rapid onset of deformation with neutron number which is discernible from a multitude of observables such as isomer shifts, excitation energies, and transition strengths. Mixed-symmetry states – states with nontrivial symmetry properties regarding their proton and neutron subsystems – have proven their sensitivity to the underlying shell structure as well as shape evolution across quantum phase transitions. Especially the electromagnetic transitions between the 1+ scissors mode and the 0+2 state are strongly affected by the amount of nuclear deformation. In this work, the elusive E2 properties of mixed-symmetry states are established as novel signatures for phase- transitional behavior. This includes their extraction for the transitional nucleus 154Gd and the quadrupole deformed nuclei 162,164Dy using the method of nuclear resonance fluorescence at the High-Intensity γ-ray Source in Durham, NC, USA in connection with calculations in the proton-neutron version of the algebraic Interacting Boson Model. Precision values for the branching ratios between the scissors mode and the 2+1 state of 164Dy uncover significant deviations from the Alaga predictions for K = 1 states. From a two-state mixing calculation, the K- mixing matrix element along with first information on ∆K = 0 M1 excitation strength is obtained. The latter is about two orders of magnitude smaller than usual collective ∆K = 1 M1 strengths. This mixing is caused by the Coriolis interaction. It represents a first-order perturbation of a Hamiltonian which is diagonal in K. The associated mixing matrix element is twice as large as the one obtained from the second-order effect which admixes ground and γ bands.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

Atomkerne sind komplexe Vielteilchen-Quantensysteme. Dennoch können ausgewählte Eigenschaften oft durch makroskopische Kerngestalten modelliert werden. Ihre Entwicklung mit der Nukleonenzahl zeigt alle Anzeichen eines Phasenübergangs. Ein prominentes Beispiel für einen Übergang zwischen sphärischen und axialsymmetrisch deformierten Phasen ist die Region der Nuklidkarte in der Nähe von N = 90. Sie ist gekennzeichnet durch ein schnelles Einsetzen von Kerndeformation mit der Neutronenzahl, was an einer Vielzahl von Observablen wie Isomerieverschiebungen, Anregungsenergien und Übergangsstärken erkennbar ist. Gemischtsymmetrische Zustände – Zustände mit nichttrivialen Symmetrieeigenschaften bezüglich ihrer Protonen- und Neutronensysteme – sind sensitiv sowohl auf die zugrundeliegende Schalenstruktur als auch die Evolution der Kerngestalt über Quantenphasenübergänge hinweg. Insbesondere die elektromagnetischen Übergänge zwischen der 1+-Scherenmode und dem 0+2-Zustand werden stark vom Grad der Kerndeformation beeinflusst. In dieser Arbeit werden die E2-Eigenschaften von gemischtsymmetrischen Zuständen als neuartige Signaturen für Phasenübergangsverhalten etabliert. Dies beinhaltet deren Bestimmung für den Übergangskern 154Gd und die quadrupoldeformierten Kerne 162,164Dy mittels der Methode der Kernresonanzfluoreszenz an der High-Intensity γ-ray Source in Durham, NC, USA in Verbindung mit Berechnungen in der Proton-Neutron-Version des algebraischen Interacting Boson Model. Präzisionswerte für die Verzweigungsverhältnisse zwischen der Scherenmode und dem 2+1-Zustand von 164Dy zeigen deutliche Abweichungen von den Alaga-Vorhersagen für K = 1-Zustände. Aus einer Zweizustands-Mischungsrechnung wird das K-Mischungsmatrixelement zusammen mit ersten Informationen über die ∆K = 0 M1-Anregungsstärke bestimmt. Letztere ist etwa zwei Größenordnungen kleiner als die üblichen kollektiven ∆K = 1 M1-Übergangsstärken. Die zugrundeliegende Mischung wird durch die Coriolis-Wechselwirkung verursacht. Dabei handelt es sich um eine Störung erster Ordnung des in K diagonalen Hamiltonoperators. Das zugehörige Mischungsmatrixelement ist doppelt so groß wie dasjenige, das sich aus dem Effekt zweiter Ordnung ergibt, welcher die Grundzustands- und γ-Banden mischt.

German
Place of Publication: Darmstadt
Collation: xii, 171 Seiten
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
Divisions: 05 Department of Physics > Institute of Nuclear Physics
05 Department of Physics > Institute of Nuclear Physics > Experimentelle Kernphysik
Date Deposited: 13 Aug 2021 12:56
Last Modified: 13 Aug 2021 12:56
DOI: 10.26083/tuprints-00019255
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-192550
Referees: Pietralla, Prof. Dr. Norbert ; Enders, Prof. Dr. Joachim
Refereed: 5 July 2021
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/19255
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