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Evolution of the Dipole Response for Neutron-Rich Tin Isotopes 124Sn to 132Sn

Horvat, Andrea (2021):
Evolution of the Dipole Response for Neutron-Rich Tin Isotopes 124Sn to 132Sn. (Publisher's Version)
Darmstadt, Technische Universität Darmstadt,
DOI: 10.26083/tuprints-00014272,
[Ph.D. Thesis]

Copyright Information: CC-BY-SA 4.0 International - Creative Commons, Attribution ShareAlike.

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Item Type: Ph.D. Thesis
Status: Publisher's Version
Title: Evolution of the Dipole Response for Neutron-Rich Tin Isotopes 124Sn to 132Sn
Language: English

The Isovector Giant Dipole Resonance (IVGDR) is a collective nuclear excitation mode characterized by an out-of-phase motion of protons and neutrons against each other. As such, it creates a local isospin imbalance. The nuclear matter property that describes the stiffness towards changes in isospin symmetry is called the symmetry energy. Since it acts as the restoring force for the IVGDR, its parameters, namely the value at saturation density (J) and the slope of the density dependence (L), will affect observables related to the collective mode. These parameters, especially L, are still poorly constrained. The dipole polarizability, calculated as the inverse-energy-weighted sum of the transition strength, is one such observable that can be used to place limits on the symmetry energy. However, experiments investigating the IVGDR do not measure it directly, but rather the cross-section distribution over the excitation energy region, from which it is derived. The prospects of placing constraints on the symmetry energy by measuring the total Coulomb excitation cross-section were investigated in this work. The experiment was carried out with the R3B-LAND setup at the GSI Helmholzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt, Germany. The dipole response of tin isotopes using beams of Sn-124, Sn-128, Sn-130, and Sn-132 was induced via Coulomb excitation in the electromagnetic field of lead target nuclei. The fragment nucleus, neutrons, and gamma-rays resulting from the de-excitation were detected, and the cross-sections for the 1-, 2-, and 3-neutron emission were determined. The measured Coulomb excitation cross-sections were tentatively compared to the ones calculated with families of Skyrme and DDME energy density functionals spanning the range from 30 to 110.8 MeV for L and 26.83 to 38 MeV for J. For the collection of functionals considered, the Coulomb excitation cross-section followed an approximately linear relationship with the polarizability. At this stage, the measurements strongly favor the functionals with lower L values (L<62 MeV). The constraints must be revisited after the inclusion of the strength below the 1-neutron separation threshold, which is yet to be determined from a separate ongoing analysis of the gamma-decay process as part of the same experiment. The results indicate that the Coulomb excitation cross-section should be investigated further as a potentially useful tool to constrain the parameters of the symmetry energy.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

Die isovektorielle Dipol-Riesenresonanz (IVGDR) ist eine kollektive nukleare Anregung, charakterisiert durch die gegenphasige Bewegung von Protonen und Neutronen, wodurch ein lokales Isospin Ungleichgewicht erzeugt wird. Die Eigenschaften von Kernmaterie, welche die Steifigkeit gegenüber Veränderung der Isospin Symmetrie beschreibt, ist die Symmetrieenergie. Diese ist für die Rückstellkraft der IVGDR verantwortlich, weshalb ihr Wert bei nuklearer Sättigungsdichte (J) und die Steigung ihrer Dichteabhängigkeit (L) Einfluss auf die Observablen dieser kollektiven Anregung haben. Diese Parameter, insbesondere L, sind noch immer unzureichend bestimmt. Die Dipol-Polarisierbarkeit berechnet sich aus der invers energiegewichteten Summe der Übergangsstärke und ist eine solche Observable, welche benutzt werden kann um die Symmetrieenergie einzuschränken. Sie kann jedoch in Experimenten zur Untersuchung der IVGDR nicht direkt gemessen werden und wird deshalb aus der Verteilung des Wirkungsquerschnittes in der Region der Anregungsenergie abgeleitet. In dieser Arbeit wurden die Möglichkeiten, die Symmetrieenergie durch Messung des totalen Coulombanregungswirkunsquerschnittes einzuschränken, untersucht. Das Experiment wurde am R3B-LAND Aufbau des GSI Helmholzzentrums für Schwerionenforschung in Darmstadt durchgeführt. Die Dipolantwort der Zinn Isotope Sn-124, Sn-128, Sn-130 und Sn-132 wurde durch Coulombanregungen im elektromagnetischen Feld von Bleikernen induziert. Die aus der Abregung resultierenden Fragmentkerne, Neutronen und gamma-Strahlen wurden detektiert und die Wirkungsquerschnitte für 1-, 2- und 3-Neutronen Emission bestimmt. Die gemessenen Wirkungsquerschnitte wurden vorläufig mit aus Skyrme und DDME Energiedichte-Funktionalen berechneten Wirkungsquerschnitten verglichen. Die dabei verwendeten Parameter reichen von 30 bis 110.8 MeV für L und von 26.83 bis 38 MeV für J. Für die berücksichtigten Funktionale folgte der Coulombanregungsquerschnitt einem annähernd linearen Zusammenhang mit der Polarisierbarkeit. Zu diesem Zeitpunkt werden Funktionale mit niedrigeren L-Werten (L < 50 MeV) von der Messung bevorzugt. Diese Einschränkungen müssen jedoch unter Berücksichtigung der Übergangsstärke unterhalb der 1-Neutron-Separationsschwelle neu betrachtet werden, welche noch durch eine gesonderte, noch andauernde, Analyse der gamma-Zerfallsprozesse aus dem selben Experiment bestimmt werden muss. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Coulombanregungswirkunsquerschnitt, als potenziell nützliches Tool zur Einschränkung der Parameter der Symmetrieenergie, weiter untersucht werden sollte.

Place of Publication: Darmstadt
Collation: 101 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
05 Department of Physics > Institute of Nuclear Physics > Experimentelle Kernphysik > Experimental Nuclear Structure Physics with Exotic Ion Beams
Date Deposited: 25 Feb 2021 12:40
Last Modified: 25 Feb 2021 12:40
DOI: 10.26083/tuprints-00014272
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-142725
Referees: Aumann, Prof. Dr. Thomas ; Enders, Prof. Dr. Joachim ; Roth, Prof. Dr. Robert ; Vogel, Prof. Dr. Michael
Date of oral examination: 4 November 2019
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/14272
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