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Shell structure in the vicinity of the doubly magic 100Sn via Coulomb excitation at PreSPEC

Guastalla, Giulia :
Shell structure in the vicinity of the doubly magic 100Sn via Coulomb excitation at PreSPEC.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2014)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Shell structure in the vicinity of the doubly magic 100Sn via Coulomb excitation at PreSPEC
Language: English
Abstract:

The PreSPEC setup in combination with the high intensity primary beams available at GSI provided unique opportunities for the key nuclear structure studies on exotic nuclei. The experiment performed on the neutron deficient 104Sn aimed to deduce the reduced transition probability of the first excited 2+ state quantified by the B(E2; 0+ → 2+) value. This result is the central point in the discussion of the evolution of nuclear structure in proximity of the doubly magic nucleus 100Sn. As 100Sn is not yet accessible for such measurements, a series of experiments have been performed for neutron-deficient Sn isotopes over the past few years. These data showed excessive ex- perimental B(E2) strength compared to shell model calculations below neutron number N=64 and they are therefore not excluding a constant or even increasing collectivity below 106Sn. Hence, the measurement of the B(E2) value in the next even-even isotope toward 100Sn, i.e. 104Sn, was a crucial step to verify the robustness of the shell gap of 100Sn. Moreover, 104Sn is the heaviest isotope of the Sn isotopic chain for which a shell model calculation without significant truncation of the valence space can be performed and therefore with this experimental value the validity of Large Scale Shell Model (LSSM) calculations could be tested. As a main result of the experiment a B(E2) value corresponding to 0.10(4) e2b2 has been extracted for 104Sn. The experi- mental value showed a very good agreement with the predicted one and, despite the large error bar, it clearly established a downward trend of the B(E2) values of the Sn isotopic chain toward A=100. This implied enhanced stability of the N = Z = 50 shell closure against ph-excited quadrupole modes. However, an experiment of this kind is very challenging for several reasons. First, 104Sn lies in proximity of the proton drip line and has therefore a small production cross section, second, the high energy of the beam causes a large background which by far dominates the γ-ray spectra. To over- come the last aspect, an investigation of the components of the background has been performed taking advantage of the complexity of the PreSPEC experimental setup, which provides over 1000 parameters for the detailed analysis of the events. In addi- tion to the known radiation produced in atomic processes, evidences of interactions of high energy protons, provoking a loss of the detection efficiency and a worsening of the quality of the data, have been observed. However, from the new information obtained on the background in the PreSPEC data, several improvements of the setup are sug- gested in view of new challenging experiments in the future with HISPEC/DESPEC at the FAIR facility.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
An der GSI hat die Kombination von hochintensiven Prim ärstrahlen mit dem PreSPEC Setup für hochpräzise Gammaspektroskopie einzigartige Möglichkeiten für Ex- perimente mit exotischen Atomkernen geboten. Das Experiment, das an dem neutronenarmen Kern 104Sn durchgeführt wurde, hatte zum Ziel die reduzierte Übergangs- wahrscheinlichkeit des ersten angeregten 2+ Zustands - B(E2; 0+ → 2+) - zu bestimmen. Dieser Wert spielt eine zentrale Rolle bei der Diskussion der Evolution der Kernstruktor in der Nähe des doppelt magischen Kerns 100Sn. Da 100Sn nicht direkt für solche Experimente verfügbar ist, wurden in den vergangenen Jahren eine Reihe von Experimenten mit immer neutronen ärmeren Sn Isotopen durchgeführt. Die experimentell gefundenen B(E2) Werte für Sn Isotope mit weniger als N=64 Neutronen stehen im Gegensatz zum Trend der von Schalenmodellrechnungen vorhergesagt wird. Tatsächlich konnte anhand der experimentellen Daten konstante oder sogar ansteigende Kollektivität für Sn Isotope leichter als 106Sn bisher nicht ausgeschlossen werden. Daher war die Messung des B(E2) Wertes in 104Sn ein entscheidender Schritt, um die Ro bustheit des Schalenabschlusses in 100Sn zu verifizieren. Darüberhinaus ist 104Sn bisher das schwerste Sn Isotop für das Schalenmodellrechnungen ohne signifikante Trunkierung des Valenzraumes durchgeführt werden können. Daher bietet die experimentelle Messung eine einzigartige Möglichkeit Ergebnisse von LSSM-Rechnungen (Large Scale Shell Model) mit experimentellen Daten zu vergleichen. Als wichtigstes Ergebnis des Experiments konnte eine reduzierte U Übergangswahrscheinlichkeit von B(E2) = 0.10(4) e2b2 für 104Sn bestimmt werden. Dieser Wert ist in guter Übereinstimmung mit dem vorausgesagten Wert und deutet trotz der relativ grossen Fehlerunsicherheit auf einen abnehmenden Trend der B(E2) Werte in den Sn Isotopen in Richtung A=100 hin. Daher konnte auf erhöhte Stabilität des N = Z = 50 Schalenabschlusses gegenüber Quadrupol Anregungsmoden geschlossen werden. Experimente dieser Art stellen aus verschiedenen Gründen eine grosse Herausforderung dar. Einerseits ist 104Sn nahe der Protonen-Dripline und hat daher einen kleinen Produktionswirkungsquerschnitt. Desweiteren wird durch die, zur Produktion nötige, hohe Strahlenergie Hin- tergrundstrahlung erzeugt, die das gemessene Spektrum dominiert. Daher wurden die einzelnen Komponenten des Hintergrundes untersucht, wobei die Komplexität des PreSPEC Setups mit über 1000 Parametern ausgenutzt wurde, die eine detailierte Analyse ermöglichten. Zusätzlich zu der bekannten Hintergrundstrahlung, die von atomaren Prozessen ausgeht, konnten Hinweise auf Wechselwirkungen von hochenergetischen Protenen identifiziert werden, die einen negativen Effekt auf die Effizienz der Messung und die Qualität der gemessenen Spektren hatten. Ausgehend von diesen neuen Erkenntnissen zur Herkunft der Hintergrundstrahlung konnten verschiedene Verbesserungen des experimentellen Aufbaus, im Hinblick auf zukünftige Experimente mit dem HISPEC/DESPEC-Setup an FAIR, gemacht werden.German
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
Divisions: 05 Department of Physics > Institute of Nuclear Physics
Date Deposited: 05 Dec 2014 07:57
Last Modified: 05 Dec 2014 07:57
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-42853
Referees: Pietralla, Dr.Dr.h.c. Norbert and Aumann, Dr. Thomas
Refereed: 14 November 2014
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/4285
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