Evolution of isovector quadrupole valence-shell excitations of heavy vibrational nuclei

Proton-neutron isovector valence-shell excitations represent the building blocks of quadrupole collectivity. In the vicinity of double shell closures, their formation and properties can be studied. The energetically lowest-lying isovector configuration in even-even vibrational nuclei is the one quadrupole-phonon mixed-symmetry 2⁺₁ₘₛ state. The state decays with a strong magnetic dipole transition to its fully-symmetric counterpart, providing a distinct signature for its identification.

In this work, the evolution of the M1 strength in the N=80 isotones is investigated through γ-ray spectroscopy. Within the direct proximity of the doubly magic ¹³²Sn, the character of the 2⁺₁ₘₛ state can be studied in a small valence space. A direct lifetime measurement of low-lying 2⁺ states of ¹³²Te, populated through a two-neutron transfer reaction performed at IFIN-HH, Romania, and the subsequent determination of reduced transition strengths identify a mixed-symmetric character of the 2⁺₂ state of ¹³²Te. The measurement therefore confirmed previous suggestions. The results are compared to shell-model calculations, which are moreover able to describe the structure of low-lying fully-symmetric and mixed-symmetric states.

Beyond the πg7/2 subshell closure, where a fragmentation of the 2⁺₁ₘₛ state over several 2⁺ states has been observed, a restoration of shell stabilization was found. A Coulomb-excitation experiment was performed at HIE-ISOLDE, CERN, in order to identify the 2⁺₁ₘₛ state of ¹⁴²Sm. Including multipole mixing ratios obtained in a complementary β⁺/ε-decay experiment at the Heavy Ion Laboratory in Warsaw, Poland, the M1 strength was found to be exclusively concentrated in the 2⁺₃ state. The findings show the impact of the underlying shell structure on the formation of isovector excitations.

Proton-Neutron-isovektorielle Valenzraumanregungen stellen die Grundbausteine der Quadrupolkollektivität dar. Ihre Entstehung und ihre Eigenschaften können in der Nähe doppelter Schalenabschlüsse untersucht werden. Der energetisch niedrigst liegende isovektorielle Zustand in vibrationellen gerade-gerade Kernen ist der gemischt-symmetrische Quadrupolphonon\linebreak 2⁺₁ₘₛ-Zustand. Eine Eigenschaft dieses Zustandes, durch die er experimentell identifiziert werden kann, ist sein Zerfall über einen starken, magnetischen Dipolübergang in seinen vollständig symmetrischen Partnerzustand.

In dieser Arbeit wird die Entwicklung der M1-Stärke in den N=80 Isotonen mittels γ-Spektroskopie untersucht. In der direkten Umgebung des doppelt magischen ¹³²Sn kann der Charakter des 2⁺₁ₘₛ-Zustands in einem verhältnismäßig kleinen Valenzraum untersucht werden. Direkte Lebensdauermessungen von niedrig liegenden 2⁺-Zuständen in ¹³²Te, welche durch eine Zwei-Neutronen-Transferreaktion am IFIN-HH, Rumänien populiert wurden, sowie die anschließende Bestimmung reduzierter Übergangsstärken deuten auf einen gemischt-symmetrischen Charakter des 2⁺₂-Zustands von ¹³²Te hin. Diese Messung bestätigt somit frühere Annahmen. Die Ergebnisse werden mit Schalenmodellrechnungen verglichen, welche zudem die Struktur niedrig liegender, vollständig symmetrischer und gemischt-symmetrischer Zustände beschreiben können.

Jenseits des πg7/2-Unterschalenabschlusses wurde eine Fragmentierung des 2⁺₁ₘₛ-Zustands auf mehrere 2⁺-Zustände beobachtet. Somit konnte eine Wiederherstellung der Schalenstabilisierung festgestellt werden. Ein Coulomb-Anregungsexperiment wurde an HIE-ISOLDE, CERN, durchgeführt, um den 2⁺₁ₘₛ-Zustand von ¹⁴²Sm zu identifizieren. Unter Einbeziehung von Multipol-Mischungsverhältnissen, die in einem ergänzenden β⁺/ε-Zerfallsexperiment am Heavy Ion Laboratory in Warschau, Polen, bestimmt wurden, zeigt sich, dass die M1-Stärke ausschließlich im 2⁺₃-Zustand konzentriert ist. Die Ergebnisse verdeutlichen den Einfluss der zugrunde liegenden Schalenstruktur auf die Bildung von isovektoriellen Anregungen.