Nghiên cứu sự đảo ngược spin của trạng thái cơ bản trong đồng vị giàu neutron 49Cl

Cấu trúc của các hạt nhân bền có thể được mô tả bởi mẫu vỏ và đặc trưng bởi các mức năng lượng, tương tự như cấu trúc vỏ electron trong nguyên tử. Bài viết trình bày nghiên cứu sự đảo ngược spin của trạng thái cơ bản trong đồng vị giàu neutron 49Cl.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu sự đảo ngược spin của trạng thái cơ bản trong đồng vị giàu neutron 49Cl Tiểu ban B: Vật lý hạt nhân, Số liệu hạt nhân, Phân tích hạt nhân và Máy gia tốc Section B: Nuclear physics, Nuclear data, Nuclear analysis and Accelerator NGHIÊN CỨU SỰ ĐẢO NGƯỢC SPIN CỦA TRẠNG THÁI CƠ BẢN TRONG ĐỒNG VỊ GIÀU NEUTRON 49CL INVESTIGATION OF THE GROUND-STATE SPIN INVERSION IN THE NEUTRON-RICH 49CL ISOTOPE B. D. LINH1, A. CORSI2, A. GILLIBERT2, A. OBERTELLI2,3,4, P. DOORNENBAL4, L.X. CHUNG1, N. T. KHAI5, N. D. TON1 AND SEASTAR3 COLLABORATION 1 Institute for Nuclear Science and Technology, 179 Hoang Quoc Viet, Cau Giay, Ha Noi 2 Université Paris-Saclay, IRFU, CEA, F-91191 Gif-sur-Yvette, France 3 RIKEN Nishina Center, 2-1 Hirosawa, Wako, Saitama 351-0198, Japan 4 Institut für Kernphysik, Technische Universität Darmstadt, 64289 Darmstadt, Germany 5 Vietnam Agency for Radiation and Nuclear Safety, 113 Tran Duy Hung, Cau Giay, Hanoi, Vietnam buiduylinh97@gmail.com Tóm Tắt: Lần đầu tiên phổ 49Cl được thực hiện bằng cách sử dụng chùm đồng vị phóng xạ 50Ar ở năng lượng 217 MeV/nucleon bắn vào bia hydro lỏng của thiết bị MINOS. Các tia gamma tức thời được đo bằng hệ tinh thể NaI của DALI2+. Thông qua phản ứng knockout một proton 50Ar(p,2p), spin của các trạng thái kích thích nằm thấp của 49Cl có thể được định nghĩa từ phân bố xung lượng ghi nhận bằng phổ kế từ SAMURAI. Spin – độ chẵn lẻ Jπ = 3/2+ gán cho trạng thái cơ bản của 49Cl, tương tự như kết quả nghiên cứu hiện tại của đồng vị 51K có cùng N = 32. Sự tiến hóa của độ lệch năng lượng E(1/2+1) − E(3/2+1) được so sánh với các dự đoán lý thuyết hiện đại nhất. Từ khóa: SEASTAR, SAMURAI, phân bố xung lượng, 49Cl, đảo ngược spin. Abstract: The first spectroscopy of 49Cl was performed at the Radioactive Isotope Beam Factory with 50Ar projectiles at 217 MeV/nucleon, impinging on the liquid hydrogen target of the MINOS device. Prompt de-excitation γ rays were measured with the NaI(Tl) array DALI2+. Through the one proton knockout reaction 50Ar(p,2p), a spin assignment could be determined for the low-lying states of 49Cl from the momentum distribution obtained with the SAMURAI spectrometer. A spin-parity Jπ = 3/2+ is deduced for the ground state of 49Cl, similar to the recently studied N = 32 isotope 51K. The evolution of the energy difference E(1/2+1) − E(3/2+1) is compared to state-of-the-art theoretical predictions. Keyword: SEASTAR experiment, SAMURAI spectrometer, momentum distribution, 49Cl, spin inversion. 1. MỞ ĐẦU Cấu trúc của các hạt nhân bền có thể được mô tả bởi mẫu vỏ và đặc trưng bởi các mức năng lượng, tương tự như cấu trúc vỏ electron trong nguyên tử. Khi hạt nhân có số hạt proton hoặc neutron bằng 2, 8, 20, 28, 50, … thì chúng đặc biệt bền vững so với các hạt nhân lân cận và các số này được gọi là số magic hạt nhân. Các hạt nhân giàu proton hoặc neutron nằm xa vùng bền được gọi là các hạt nhân lạ và trong những năm gần đây, nghiên cứu các hạt nhân này đã dần nhận được sự quan tâm rất nhiều từ các nhà khoa học, đặc biệt kể từ khi các máy gia tốc hiện đại tạo ra được chùm đồng vị phóng xạ có cường độ lớn ở năng lượng cao. Khi nghiên cứu các hạt nhân lạ, các nhà vật lý đã “quan sát” thấy các hiện tượng mới như hạt nhân halo hay hạt nhân có “lớp da neutron” [1, 2], hạt nhân có “sự xâm nhập trạng thái” (intruder states) [3, 4] và các số “magic” mới. Đặc biệt với các hạt nhân xa vùng bền và gần đường giới hạn proton hoặc neutron (tại đó năng lượng liên kết với nucleon ngoài cùng xấp xỉ 0), các nghiên cứu gần đây đã chứng minh về sự biến mất của một số số “magic” cũ hay sự xuất hiện của các số “magic” mới. Các bằng chứng thuyết phục như: sự biến mất của số “magic” N =28 trong hạt nhân 42Si [6], sự xuất hiện số “magic” mới N =14 ở hạt nhân 22O [7] hay N = 32, 34 được quan sát trên các đồng vị 52,54Ca [8, 9], sự xuất hiện rõ ràng của một lớp vỏ đóng tại N=32 của các đồng vị bên dưới hạt nhân “magic” Z=20 [10, 11]. Trong chuỗi các đồng vị K (Z=19), đồng vị bền 39K với lớp vỏ proton sd đã được xác định có cấu hình Jπ = 3/2+ cho trạng thái cơ bản và Jπ = 1/2+ cho trạng thái kích thích đầu tiên. Các cấu hình này tương ứng với lỗ proton trong obitan π1s1/2 và π0d3/2 [12]. Khi mở rộng phạm vi nghiên cứu, các nghiên cứu đã quan sát thấy năng lượng của mức 1/2+ giảm dần khi số neutron tăng từ 20 đến 30 [13]. Bằng chứng rõ ràng nhất đã được tìm thấy ở các đồng vị K có N = 28, 30: J π = 1/2+ nằm ở trạng thái cơ bản, trong khi trạng thái kích thích đầu tiên của chúng có Jπ = 3/2+. Hiệu ứng này thường được gọi là hiệu ứng đảo ngược lớp vỏ (shell inversion) hoặc đảo ngược spin (spin inversion). Mặc dù vậy, trong công bố gần đây về 51,53K [14], sự đảo ngược này không còn tồn tại, trạng thái cơ bản của hai đồng vị này lại quay về J π = 3/2+. Hiện tượng 137 Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học và Công nghệ hạt nhân toàn quốc lần thứ 14 Proceedings of Vietnam conference on nuclear science and technology VINANST-14 này được gọi là sự là phục hồi đảo ngược (re-inversion). Khi nghiên cứu các đồng vị Cl, các nhà khoa học cũng quan sát thấy hiện tượng đảo ngược trong đồng vị 45Cl [15] với N = 28, Jπ = 1/2+ nằm ở trạng thái cơ bản. Hiện tại, chưa có bất cứ số liệu nghiên cứu nào về hạt nhân 47,49Cl với N = 30, 32 được công bố. Vì vậy, số liệu thực nghiệm về hai đồng vị Cl này đang rất được quan tâm. Trong mô hình mẫu vỏ, đồng vị 50Ar có 10 proton trong lớp vỏ hóa trị sd với các obitan π0d5/2, π1s1/2 và π0d3/2. Sau phản ứng knockout 1 protron, các trạng thái chẵn lẻ dương của đồng vị 49Cl sẽ chứa phần lớn sự chồng chập của ...