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Fine Structure of the Isoscalar Giant Quadrupole Resonance from High-Resolution Inelastic Proton Scattering Experiments

Shevchenko, Artem :
Fine Structure of the Isoscalar Giant Quadrupole Resonance from High-Resolution Inelastic Proton Scattering Experiments.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2005)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Fine Structure of the Isoscalar Giant Quadrupole Resonance from High-Resolution Inelastic Proton Scattering Experiments
Language: English

In the present work the phenomenon of fine structure in the region of the isoscalar giant quadrupole resonance in a number of heavy and medium-heavy nuclei is systematically investigated for the first time. High energy-resolution inelastic proton scattering experiments were carried out in September-October 2001 and in October 2003 at the iThemba LABS cyclotron facility in South Africa with an incident proton energy of 200 MeV. The obtained data with the energy resolution of 50 keV FWHM revealed the appearance of fine structure in all the nuclei studied (58Ni, 89Y, 90Zr, 120Sn, 142Nd, 166Er, 208Pb), thereby establishing the global character of this phenomenon. Fine structure can be described using characteristic energy scales, appearing as a result of the decay of collective modes towards the compound nucleus through a hierarchy of couplings to complex degrees of freedom. For the extraction of the characteristic energy scales from the spectra an entropy index method and a novel technique based on the wavelet analysis are utilized. The global analysis of available data shows the presence of three groups of scales, according to their values. To the first group belong the scales with the values around and below 100 keV, which were detected in all the nuclei studied. The second group contains intermediate scales in the range of 100 keV to 1 MeV. These scales show large variations depending on the nuclear structure of the nucleus. The largest scales above 1 MeV are classified to the third group, describing the global structure of the resonance (the width). The interpretation of the observed scales is realized via the comparison with microscopic model calculations including the coupling of the initial one-particle–one-hole excitations to more complex configurations. A qualitative agreement of the experimentally observed scales with those obtained from the theoretical predictions supports the suggestion of the origin of fine structure from the coupling to the two-particle–two-hole states. However, quantitatively, large deviations are observed for the values of scales given by different models. A more detailed study of the physical nature of extracted scales is provided with the help of the quasiparticle-phonon model and extended time-dependent Hartree-Fock model, which allow to separate the contributions from different damping mechanisms. The main source of the observed scales is identified to arise from the collective damping mechanism, which is the coupling to low-lying surface vibrations. This conforms with the doorway picture of the damping of giant resonances. At the same time, through the comparison with a model of stochastic coupling to many particle-hole states some generic features of the non-collective damping mechanism could be extracted.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine systematische Untersuchung des Phänomens der Feinstruktur der isoskalaren Quadrupol-Riesenresonanz in Atomkernen durchgeführt. Hierzu wunde eine Reihe von hochauflösenden Protonenstreuexperimenten am iThemba LABS in Südafrika durchgeführt. Die in diesen Experimenten erreichte Energieauflösung von 50 keV (FWHM) erlaubte es erstmals, die Feinstruktur in allen untersuchten Kernen, 58Ni, 89Y, 90Zr, 120Sn, 142Nd, 166Er, 208Pb, zu beobachten. Damit wurde gezeigt, dass die Feinstruktur der Quadrupol-Riesenresonanz ein globales Phänomen ist. Die Feinstruktur wird durch charakteristische Energieskalen beschrieben, die den Zerfall von Riesenresonanzen über eine Hierarchie von Kopplungen an komplexere Zustände charakterisieren. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Skalen mit Hilfe der Entropie-Index-Methode und neuen, auf einer Waveletanalyse basierenden Verfahren, die zum Teil in dieser Dissertation entwickelt wurden und weitergehende Informationen als die Entropie-Index-Methode liefern, extrahiert. Die ermittelte Systematik zeigt eine Präsenz von drei globalen Klassen der Skalen. Zu der ersten Klasse geh¨oren die Skalen mit Grössen von unter 100 keV, die in allen Kernen beobachtet wurden. Die zweite Gruppe von Skalen beinhaltet Skalen im Bereich von 100 keV bis 1 MeV. Diese Gruppe zeigt grössere Variationen der Skalenwerte von Kern zu Kern. Die dritte Klasse spiegelt die Skalen oberhalb 1 MeV wider, die der Breite der Quadrupole-Riesenresonanz entsprechen. Um die physikalische Natur der Skalen interpretieren zu können, wurden die experimentell bestimmten Werte mit theoretischen Vorhersagen im Rahmen verschiedener mikroskopischer Vielteilchenmodellen verglichen. Eine qualitative Übereinstimmung zwischen den aus dem Experiment und den theoretischen Modellen extrahierten Skalen bestätigt, dass die Zweiteilchen-Zweiloch-Konfigurationen eine entscheidende Rolle für die Bildung der Feinstruktur spielen. Eine quantitative Betrachtung zeigt dabei, dass die verschiedenen Modelle unterschiedliche Werte für die berechneten Skalen ergeben. Eine detailierte Analyse der Rolle der verschiedenen Prozesse im Zerfall der Quadrupol-Riesenresonanz zeigt, dass in den schweren Kernen die kollektive Dämpfung, die durch die Kopplung der Einteilchen-Einlochzuständen an kollektive Oberflächenvibrationen zustande kommt, alle Skalen verursacht und eine entscheidende Rolle beim Zerfall spielt. Ein nichtkollektiver Dämpfungsmechanismus, bei dem Einteilchen-Einlochzustände an Vielteilchen-Viellochzustände gekoppelt sind, ergibt hingegen keine prominenten Skalen. Durch den Vergleich mit einem Modell stochastischer Kopplung wurden generische Eigenschaften dieser nichtkollektiven Dämpfung extrahiert.German
Place of Publication: Darmstadt
Divisions: Fachbereich Physik
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:22
Last Modified: 07 Dec 2012 11:51
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000607
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-6072
Referees: Richter, Prof. Dr. Achim
Advisors: Richter, Prof. Dr. Achim
Refereed: 25 April 2005
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/607
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