Lifetime measurements in the neutron-rich 148Ce nuclide at the low-Z boundary of the N=90 shape-phase transition

A quantum shape phase transition (QSPT) in atomic nuclei is characterized by a sudden change of the shape of the nucleus due to changes in the location of the nuclear potential minimum. A first-order QSPT exists in the transition from spherical shapes to the axially symmetric deformed shapes. There are models describing even-even nuclei in terms of their shape and their oscillations and rotations symmetries, such us the U(5) symmetry (for spherical shapes - vibrator) and SU(3) symmetry (for axially symmetric deformed shapes - rotor). Along the QSPT the spherical minimum, corresponding to a spherical shape, starts vanishing and the deformed one, corresponding to a deformed shape, appears. While the nuclear potentials of a vibrator and a symmetric rotor have one minimum, the potential of a nucleus near the critical point (CP) of the first-order QSPT between them presents the two competing minima. The X(5) model provides some signatures of the isotopes at the CP. A first-order QSPT is known in the even-even N=90 isotones with Z=60−66. With Z=58, 148Ce lies in the low-Z boundary of this transition from spherical to axially symmetric deformed shapes. This nucleus is studied in this work. Key observables revealing the nuclear shape, such as the energy ratio R4/2=E(4+1)/E(2+1) and the transition strength ratio B4/2=B(E2;4+1→2+1)/B(E2;2+1→0+1), are compared with the predictions from models describing nuclei along this transition and specially near the CP. The experimental analysis to obtain the lifetimes of the first 2+ and first 4+ states of 148Ce using fast-timing techniques is shown in this work. The data were taken within the EXILL&FATIMA campaign performed at the high-flux reactor of the Institut Laue-Langevin in Grenoble, where fission fragments of 235U and 241Pu were measured by a hybrid spectrometer, consisting of high-resolution germanium and fast-responding lanthanum bromide scintillator detectors. The measurement of the lifetime of the first 4 + state of 148 Ce allows the calculation of the B4/2 observable and contributes in the study of the shape of the nucleus. Beside the comparison with the models, the whole N ≈ 90 region is being investigated within the interacting boson model. The shape evolution of the cerium, the neodymium and the samarium chains is studied and shows the importance of the increasing axially asymmetry.

Ein Quantenformphasenübergang (QSPT) in atomaren Kernen wird durch eine plötzliche Veränderung der Kernform auf Grund von örtlichen Verschiebungen der Kernpotentialminima charakterisiert. Ein solcher Phasenübergang erster Ordnung findet sich in der Übergangsregion von sphärischen Atomkernen zu axial-symmetrisch deformierten Atomkernen. Es gibt Modelle, die gerade-gerade Kerne bezüglich ihrer Form und ihrer Vibrations- und Rotationssymmetrien beschreiben, wie z.B. die U(5)-Symmetrie (für sphärische Kerne - Vibratoren) und die SU(3)-Symmetrie (für axialsymmetrisch deformierte Kerne - Rotoren). Entlang des QSPT beginnt das sphärische Minimum (sphärische Formen) zu verschwinden und das deformierte Minimum (deformierte Form) erscheint. Während die Kernpotentiale eines Vibrators und eines Rotors nur ein Minimum besitzen, hat das Kernpotential eines Atomkerns nahe dem kritischen Punkt (CP) eines QSPT erster Ordnung zwei konkurierende Minima. Das X(5)-Modell stellt einige Kennzeichen solcher Isotope am CP bereit. In den gerade-gerade N=90 Isotonen mit Z=60−66 is ein QSPT erster Ordnung bekannt. Das Isotop 148 Ce liegt mit Z=58 bezüglich Z am unteren Ende dieser Übergangsregion zwischen sphärischen und axialsymmetrisch deformierten Kernen. Dieser Kern wird in dieser Arbeit untersucht. Schlüsselobservablen, die Aussagen übe die Kernfom machen, wie das Energieverhältnis R4/2=E(4+1)/E(2+1) und das Verhältnis der Übergangsstärken B4/2=B(E2;4+1→ 2+1)/B(E2;2+1→0+1), werden mit Vorhersagen von Modellen verglichen, die Kerne entlang des Phasenübergangs, und insbesondere am CP, beschreiben. Die Analyse zur experimentellen Bestimmung der Lebensdauer der ersten angeregten 2+ und 4+ Zustände von 148Ce unter Benutzung der Fast-Timing Methode wird in dieser Arbeit vorgestellt. Die Daten wurden während der EXILL&FATIMA- Kampagne am Höchstflussreaktor des Instituts Laue Langevin in Grenoble aufgenommen. Spaltfragmente von 235U und 241Pu wurden mittels eines Hybrid Spektrometers, bestehend aus energetisch hochauflösenden Germanium Detektoren und schnellen Szintillationsdetektoren aus Cerium-dotiertem Lanthanumbromid untersucht. Die Messung der Lebensdauer des ersten 4+-Zustands von 148Ce ermöglicht die Berechnung des B4/2-Verhältnisses und trägt zur Untersuchung der Kernform dieses Isotops bei. Neben dem Vergleich mit Modellen wird die gesamte Region um N ≈ 90 im Rahmen des Interacting Boson Modells untersucht. Dabei wird die Kernformentwick-lung in den Iostopenketten von Cer, Neodym und Samarium untersucht und die Bedeutung zunehmend axialler Asymmetrie aufgezeigt.