Investigando la Colectividad Cuadrupolar de Baja Energía en Núcleos de Estaño
Este documento estudia el comportamiento de los núcleos de estaño deficientes en neutrones y su colectividad cuadrupolar.
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Tabla de contenidos
El estudio de los núcleos de estaño (Sn) es clave para entender cómo se comportan ciertos núcleos atómicos, especialmente en una región donde los datos experimentales han planteado dudas. Este documento investiga la colectividad cuadrupolar de baja energía de los núcleos de estaño, centrándose principalmente en isótopos deficientes en neutrones, que son núcleos de estaño con menos neutrones que sus versiones estables.
Antecedentes
Los núcleos atómicos están compuestos de protones y neutrones. La disposición y comportamiento de estas partículas influyen en la estabilidad y características de los núcleos. En este contexto, el término "colectividad cuadrupolar" se refiere a un tipo específico de movimiento, donde el núcleo puede deformarse y vibrar de una manera que se asemeja a un aplastamiento o estiramiento. Investigar este comportamiento ayuda a los físicos a entender la estructura de los núcleos atómicos.
Importancia de la Estructura de Capas y Números Mágicos
Los números mágicos son cantidades específicas de protones o neutrones que resultan en núcleos especialmente estables. En los núcleos de estaño, la presencia de números mágicos crea una estructura que los hace especialmente estables y esféricos. El estudio de los números mágicos ha evolucionado, revelando que no son tan estrictos como se pensaba antes.
Experimentos recientes han mostrado que incluso en la región deficiente en neutrones, los números mágicos pueden cambiar o variar. Este hallazgo plantea preguntas sobre la naturaleza de la estabilidad y colectividad en estos isótopos específicos, lo que provoca más investigaciones.
Observaciones Experimentales y Desafíos
Los datos experimentales de los núcleos de estaño deficientes en neutrones han mostrado mejoras inesperadas en ciertas propiedades, lo que lleva a discrepancias con las predicciones teóricas. Por ejemplo, algunos cálculos predicen que estos núcleos deberían permanecer altamente estables, mientras que las mediciones indican un comportamiento más complejo.
El modelo de capas convencional, usado para describir la estructura de los núcleos atómicos, a menudo subestima la colectividad cuadrupolar, particularmente en los núcleos de estaño deficientes en neutrones. Este escenario presenta un enigma para los investigadores, ya que las mediciones a menudo no coinciden con las expectativas teóricas.
Enfoque Teórico
Para abordar estos desafíos, los investigadores han empleado modelos teóricos avanzados. Usando el enfoque Hartree-Fock-Bogolyubov (HFB) junto con la aproximación de fase aleatoria de cuasipartículas (QRPA), buscan modelar el comportamiento de los núcleos sin parámetros ajustables. Este método autoconstante permite un único marco para describir la colectividad cuadrupolar.
El uso de interacciones semi-realistas, como la interacción M3Y-P6, ayuda a asegurar que los modelos se alineen estrechamente con los datos experimentales existentes. Estas interacciones están diseñadas para evitar anomalías no físicas que podrían desvirtuar los resultados, proporcionando así una base estable para los cálculos.
Simetría Esférica y Colectividad Cuadrupolar
Los cálculos iniciales asumen una simetría esférica para los núcleos de estaño. Esto significa que los núcleos se tratan como si no tuviesen deformación, parecidos a una bola. En este contexto, los cálculos HFB + QRPA muestran resultados prometedores para varias propiedades medidas.
Resultados y Hallazgos
Los resultados de los cálculos HFB + QRPA indican que los estados de energía más bajos en los núcleos de estaño se reproducen bien sin necesidad de ajustar parámetros. Estos hallazgos refuerzan la idea de que los núcleos de estaño exhiben formas esféricas y muestran vibraciones cuadrupolares.
Sin embargo, los modelos también predicen una colectividad cuadrupolar más fuerte en ciertos isótopos deficientes en neutrones de lo que se observa experimentalmente. Esta inconsistencia sugiere que una imagen esférica simple puede no capturar completamente la complejidad de estos núcleos, especialmente bajo condiciones deficientes en neutrones donde la deformación puede jugar un papel más grande.
Cálculos Constrenidos
Para entender mejor la deformación en estos núcleos, se realizaron cálculos HFB constrenidos, centrándose en el momento cuadrupolar de masa. Este método ayuda a identificar cómo se comportan los núcleos bajo ligera deformación. Los resultados revelan que las curvas de energía potencial (PECs) de los núcleos de estaño deficientes en neutrones son relativamente planas, indicando una suavidad contra la deformación cuadrupolar.
El Papel del Apareamiento y Niveles de Energía
Un hallazgo interesante está relacionado con cómo el apareamiento de nucleones influye en la forma del núcleo. El apareamiento se refiere a la tendencia de los neutrones o protones a formar pares, lo que puede afectar la estabilidad nuclear. En este estudio, parece que el apareamiento mantiene significativamente a los núcleos en una forma esférica, mientras que la casi degeneración en ciertos niveles de energía aumenta la probabilidad de deformación cuadrupolar.
Esto sugiere que el equilibrio entre la interacción de apareamiento y el espaciado de niveles de energía es crucial para determinar la forma y los modos vibracionales generales de los núcleos de estaño.
Elementos de Matriz de Transición
Otro aspecto crítico considerado son los elementos de matriz de transición, que representan las probabilidades de transiciones entre diferentes estados de energía dentro del núcleo. Al estudiar las proporciones de estos elementos, particularmente comparando protones y neutrones, los investigadores pueden obtener información sobre qué nucleones impulsan principalmente la deformación.
Los datos de las fortalezas de transición indican que, aunque los neutrones dominan en los estados de baja energía, los protones también juegan un papel significativo debido a los efectos de polarización del núcleo. Este hallazgo resalta el comportamiento colaborativo entre protones y neutrones en la configuración de la estructura nuclear.
Conclusión
En general, el estudio de la colectividad cuadrupolar de baja energía en núcleos de estaño deficientes en neutrones presenta una compleja interacción de estructura, interacciones y dinámica de energía. Los hallazgos ilustran cómo los modelos teóricos pueden reflejar observaciones experimentales al tiempo que revelan áreas donde se necesita más comprensión.
La investigación enfatiza la necesidad de seguir explorando el comportamiento de los núcleos atómicos, especialmente aquellos que son deficientes en neutrones. Al refinar nuestros enfoques teóricos y mejorar los métodos computacionales, podemos mejorar nuestra comprensión de la naturaleza fundamental de la materia y las fuerzas que la rigen.
Título: Low-energy quadrupole collectivity of Sn nuclei in self-consistent calculations with a semi-realistic interaction
Resumen: Quadrupole collectivity of the lowest-lying states, focusing on $E_x(2^+_1)$ and $B(E2;0^+_1\to 2^+_1)$, have been investigated for the $N=50-82$ Sn nuclei by applying the self-consistent approaches with the semi-realistic interaction M3Y-P6. Both $E_x(2^+_1)$ and $B(E2;0^+_1\to 2^+_1)$ are well reproduced by the spherical Hartree-Fock-Bogolyubov (HFB) plus quasiparticle random-phase approximation (QRPA) calculations in $N\geq 64$, without adjustable parameters. The measured $B(E2)$ values in the neutron-deficient Sn nuclei cast a puzzle. In $54\leq N\leq 62$, the spherical HFB\,+\,QRPA calculations give too strong $B(E2)$, opposite to the shell-model predictions within the one major shell. Via the constrained-HFB (CHFB) calculations, it is found that the neutron-deficient Sn nuclei are soft against the quadrupole deformation, accounting for the limited applicability of the HFB\,+\,QRPA approach. In particular, the potential energy curves (PECs) are almost flat in the range of $|q_0|\lesssim 200\,\mathrm{fm}^2$ in $^{106-110}$Sn. We confirm that the near degeneracy of $n0g_{7/2}$ and $n1d_{5/2}$ triggers weak quadrupole deformation and its balance with the pairing makes PECs flat, which is qualitatively consistent with a recent shell model result in an extended model space, by the calculations shifting the single-particle energy spacing and the pairing strength. These conclusions are supported by the proton-to-neutron ratios of the transition matrix elements and the reference values of $B(E2)$ with the angular-momentum projection on top of the CHFB solutions.
Autores: Y. Omura, H. Nakada, K. Abe, M. Takahashi
Última actualización: 2023-10-12 00:00:00
Idioma: English
Fuente URL: https://arxiv.org/abs/2303.16483
Fuente PDF: https://arxiv.org/pdf/2303.16483
Licencia: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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