Electric and magnetic dipole strength in ⁵⁸Ni

This thesis presents results on the electric and magnetic dipole strength in ⁵⁸Ni obtained with inelastic proton scattering to very forward angles. The ⁵⁸Ni(p,p') experiment was performed at the Research Center for Nuclear Physics in Osaka, Japan, using a beam energy of 295 MeV. Spectra were recorded for scattering angles between 0.40° and 5.15° covering an excitation energy range from 5 to 26 MeV. First, a state-to-state analysis was performed on resolved transitions. A total of 116 dipole states were found. With the aid of model angular distributions, 26 were identified as M1 transitions and 11 as E1 transitions. Another 22 showed a preference for either an E1 or an M1 multipolarity. The reduced electric and the magnetic dipole transition strengths of the excited states were determined. In addition, the total isovector spin-flip M1 transition strength was extracted and compared to shell-model calculations. The spectroscopic information from the state-to-state analysis was compared to dipole transitions measured with the ⁵⁸Ni(γ,γ') and ⁵⁸Ni(e,e') reactions and electric dipole transitions with large transverse form factors identified. Transverse electric form factors serve as a signature for the toroidal dipole mode, for which candidates were found for the first time. The second part of the analysis involves a multipole decomposition analysis of the measured ⁵⁸Ni(p,p') cross sections. Photoabsorption cross sections from 5 to 20 MeV were extracted using the virtual photon method. High-energy contributions up to 50 MeV were estimated from QRPA+QPVC calculations leading to an electric dipole polarizability of α_D(⁵⁸Ni)=3.48(31) fm³. Further, the available experimental systematics of the dipole polarizability across the isotopic chart is presented, and approaches to extract surface and volume energies are discussed. Finally, the nuclear level density of Jπ=1⁻ states in ⁵⁸Ni between 11 and 20 MeV is extracted by applying a fluctuation analysis.

Diese Arbeit befasst sich mit der elektrischen und magnetischen Dipolstärke in Atomkern ⁵⁸Ni. Die dabei verwendete Messmethode ist inelastische Protonenstreuung, wobei Streuwinkel in Vorwärtsrichtung vermessen wurden. Das ⁵⁸Ni(p,p') Experiment wurde am Research Center for Nuclear Physics in Osaka, Japan, durchgeführt. Dabei wurde eine Strahlenergie von 295 MeV verwendet und Spektren im Anregungsenergiebereich von 5 bis 26 MeV bei Streuwinkeln zwischen 0.40° und 5.15° aufgenommen. Zuerst wurde eine Zustand-für-Zustand Analyse für im Spektrum aufgelöste Übergänge durchgeführt. Dabei wurden insgesamt 116 Dipolübergänge gefunden. Mithilfe von Modellwinkelverteilungen konnten 26 als M1 Übergänge und 11 als E1 Übergänge identifiziert werden. Weitere 22 Übergänge zeigen eine Tendenz zu einem M1 oder einem E1 Übergang. Die reduzierte elektrische und magnetische Übergangsstärke der angeregten Zusände wurde bestimmt. Darüber hinaus wurde die Spin-Flip M1 Stärke bestimmt und mit Schalenmodellrechnungen verglichen. Die Ergebnisse der Zustand-für-Zustand Analyse zu elektrischen und magnetischen Dipolanregungen wurden mit Resultaten aus ⁵⁸Ni(e,e') und ⁵⁸Ni(γ,γ') Messungen verglichen wobei elektrische Dipolübergänge mit dominant transversalem Formfaktor identifiziert wurden. Dies ist charakteristisch für die toroidale Dipolmode, womit erstmalig experimentelle Kandidaten für diese Kernanregungsmode nachgewiesen wurden. Im zweiten Teil der Analyse der ⁵⁸Ni(p,p') Spektren wurde eine Multipolentfaltung der gemessenen Wirkungsquerschnitte durchgeführt. Daraus wurde mittels der Methode der virtuellen Photonen der Photoabsorptionswirkungsquerschnitt im Anregungsenergiebereich von 5 bis 20 MeV bestimmt. Die Beiträge zum Photonenabsorptionswirkungsquerschnitt bei höheren Energien wurden bis zu einer Anregungsenergie von 50 MeV mit Hilfe von QRPA+QPVC Rechnungen abgeschätzt. Damit konnte eine Dipolpolarisierbarkeit von α_D(⁵⁸Ni)=3.48(31) fm³ ermittelt werden. Weiterhin wurden die bisher vorhanden Ergebnisse zur Polarisierbarkeit verschiedener Isotope genutzt um die Polarisierbarkeit systematisch zu beschreiben und daraus die Oberflächen- und Volumenenergien zu bestimmen. Zuletzt wurde die Niveaudichte von Jπ=1⁻ Zuständen in ⁵⁸Ni zwischen 11 und 20 MeV mit einer Fluktuationsanalyse bestimmt.