Measurement of the lifetimes of excited states in neutron-rich Ce isotopes

Neutron-rich cerium isotopes are located in the region of the nuclear chart some neutrons and protons above the doubly-magic ${}^{132}$Sn, where a variety of shape phenomena are expected. Among them, the evolution of the quadrupole collectivity going away from the shell closures, or the octupole deformation in the vicinity of $Z=56$ and $N=88$ stand out.

The goal of the present work is, hence, the study of the structural evolution of neutron-rich cerium isotopes, through the knowledge of the reduced transition strengths between their low-lying excited states. These values have been derived from the direct measurement of the lifetimes of excited states.

The fast-timing experimental campaign was carried out at the Argonne National Laboratory, where a large variety of nuclei was produced in the spontaneous fission of ${}^{252}$Cf. In order to ensure the selection of the cerium isotopes of interest, one hemisphere of the Gammasphere array, consisting of 51 high-resolution HPGe detectors, was used. Additionally, 25 ultra-fast LaBr$_3$(Ce) detectors from the NuSTAR-FATIMA collaboration allowed to measure the lifetimes of the excited states of these selected isotopes by means of the Generalised Centroid Difference Method. The use of such a large combined array of HPGe and LaBr$_3$(Ce) detectors is unprecedented in a fast-timing experiment.

Several lifetimes of low-lying excited states in the even-even ${}^{146-150}$Ce isotopes have been obtained, four of them for the first time. The observed trend of the reduced transition strengths along the isotopic chain, together with the systematics of the excitation energies confirm the increasing collectivity towards more prolate shapes. These experimental results have been compared to new theoretical calculations obtained within the Symmetry Conserving Configuration Mixing and Shell Model approaches. Both theoretical predictions seem to properly reproduce the experimental results.

Die neutronenreichen Cerisotope liegen auf der Nuklidkarte einige Neutronen und Protonen oberhalb des doppelt magischen ${}^{132}$Sn, in einer Region, in welcher eine Vielfalt an Deformationsphänomenen auftritt. Unter diesen stechen die Entwicklung der Quadrupolkollektivität beim Entfernen vom Schalenabschluss und die Oktupoldeformation in der Nähe von $Z = 56$ und $N = 88$ heraus.

Das Ziel dieser Arbeit ist daher die Untersuchung der strukturellen Entwicklung von neutronenreichen Cerisotopen mittels der Bestimmung der reduzierten Übergangswahrscheinlichkeiten ihrer niedrig liegenden angeregten Zuständen. Diese Werte wurden aus der direkten Messung der Lebensdauern der Zustände bestimmt.

Die experimentelle Kampagne wurde am Argonne National Laboratory durchgeführt, wo eine große Anzahl verschiedener Kerne bei der spontanen Spaltung von ${}^{252}$Cf produziert wurde. Um die Selektion der Cerisotope sicherzustellen, wurde eine Hemisphäre des Gammasphere Arrays, welche aus 51 hochauflösenden HPGe Detektoren besteht, verwendet. Zusätzlich erlaubte es die Nutzung der 25 ultraschnellen LaBr$_3$(Ce) Detektoren der NuSTAR-FATIMA Kollaboration die Lebensdauer der angeregten Zustände der ausgewählten Isotope mittels der Generalised Centroid Difference Method zu bestimmen. Die Verwendung eines so großen kombinierten Detektorsystems bestehend aus HPGe und LaBr$_3$(Ce) in einem Fast-Timing Experiment ist beispielslos.

Es wurden mehrere Lebensdauern von niedrigen liegenden angeregten Zuständen der gerade-gerade ${}^{146-150}$Ce Isotope bestimmt, vier von diesen zum ersten Mal. Der beobachtete Trend der reduzierten Übergangswahrscheinlichkeiten entlang der Isotopenkette zusammen mit der Systematik der Anregungsenergien bestätigt die verstärkte Kollektivität hin zu prolaten Formen. Diese experimentellen Ergebnisse wurden mit neuen theoretischen Rechnungen, welche auf Symmetry Conserving Configuration Mixing und Schalenmodellansätzen beruhen, verglichen. Beide theoretischen Vorhersagen scheinen die experimentellen Resultate gut zu reproduzieren.