核心概念
本文旨在利用 E2 和 M1+E2 躍遷壽命,測量質量數 150 到 250 之間的重同位素的核四極變形,並探討其在原子電偶極矩測量和 CP 破壞起源研究中的重要性。
導言
測量原子中的永久電偶極矩 (EDM) 對於理解 CP 破壞的起源至關重要。
具有四極和八極變形核的原子表現出顯著增強的原子 EDM。
然而,要準確解釋此類系統中的 EDM,需要表徵其變形。
雖然各種結構模型都表明了核變形,但理論模型之間或理論模型與實驗值之間存在很大的分歧。
目前缺乏對此的實驗證實,特別是在 EDM 測量所必需的重同位素中。
電磁躍遷壽命
核 E2 躍遷允許量化四極變形,但這些躍遷通常與 M1 躍遷混合。
E2 和 M1 躍遷都可以通過 Weisskopf 估計很好地表徵,Weisskopf 估計依賴於單粒子近似。
然而,由於集體核變形,測量結果會出現偏差。
為了利用純 E2 和混合 E2+M1 躍遷壽命來確定四極變形,準確的重核 Weisskopf 估計至關重要。
以前,Weisskopf 估計僅適用於質量數 A < 150 的範圍,在本研究中,我們將 E2 和 M1 躍遷壽命的 Weisskopf 估計擴展到 150 ≤ A ≤ 250 的質量數範圍。
150 < A < 250 範圍內的 Weisskopf 估計擴展
我們選擇使用基態自旋為 0 的原子核來獲得 Weisskopf 估計,因為此類系統提供了最簡單的情況。
我們進一步排除了具有非帶躍遷或帶間躍遷的原子核,並考慮了直接躍遷到基態的純 M1 和 E2 躍遷的候選同位素。
此外,由於 E2 躍遷強度強烈依賴於核四極變形,我們還選擇了在有限範圍液滴宏觀模型 (FRDM) 計算中已知四極變形最小 (β2 < 0.1) 的同位素,這樣四極變形對 E2 強度的貢獻很小。
純 M1 和 E2 躍遷的 Weisskopf 估計
為了獲得 Weisskopf 估計,我們對 M1 躍遷使用了 13 個候選原子核,對 E2 躍遷使用了 12 個候選原子核,所有這些原子核都滿足上述要求。
我們獲得了 M1 和 E2 躍遷的加權擬合。
變形核中 E2 躍遷的 Weisskopf 估計
四極變形顯著影響 E2 躍遷壽命,有時甚至會影響幾個數量級。
我們研究了根據 FRDM 模型得出的經驗測量的 E2 躍遷壽命與理論四極變形的關係,以隔離四極變形的影響,從而提取出 E2 躍遷的精確 Weisskopf 單粒子估計。
四極變形的測量
通過了解 E2 和 M1 躍遷壽命的單粒子貢獻,我們能夠分別隔離四極變形對 E2 和 M1+E2 的貢獻。
在本節中,我們考慮了到基態的純 E2 以及 M1+E2 躍遷。
我們能夠隔離四極變形對躍遷壽命的貢獻,這使我們能夠表徵其四極變形。
從 E2 躍遷獲得的四極變形
在純 E2 躍遷的情況下,首先根據公式 9 計算每個候選同位素的 Weisskopf 單粒子估計的貢獻。
然後,根據公式 2,從經驗測量的躍遷壽命中減去計算出的躍遷壽命的 Weisskopf 單粒子估計,這些壽命報告在 NNDC 數據庫中。
為了最大程度地減少這種虛假貢獻,我們使用了候選同位素的 E2 躍遷壽命與最近的偶偶核的 E2 躍遷壽命的比率。
從 M1+E2 躍遷獲得的四極變形
在混合 M1+E2 躍遷的情況下,分別根據公式 7 和 8 計算了與 M1 和 E2 躍遷的 Weisskopf 單粒子估計相對應的躍遷強度,每個強度都與發射的光子能量相關聯。
然後,與純 E2 躍遷的情況類似,使用了候選同位素的 M1+E2 躍遷壽命與最近的偶偶核的 E2 躍遷壽命的比率。
統計資料
本文研究了質量數在 150 到 250 之間的 91 種候選同位素。
研究人員從中選取了 13 種具有純 M1 躍遷的同位素和 12 種具有純 E2 躍遷的同位素,這些同位素的基態自旋為 0,且理論預測的四極變形最小。
研究人員利用這些同位素的躍遷數據,將 Weisskopf 估計擴展到質量數大於 150 的區域。
研究結果表明,E2 躍遷的 Weisskopf 估計值會受到核四極變形的顯著影響。
研究人員通過分析 E2 躍遷壽命與理論四極變形的關係,提取了 E2 躍遷的更精確的 Weisskopf 單粒子估計。
研究人員利用 E2 和 M1+E2 躍遷壽命的測量值,成功地確定了 67 種同位素的四極變形。
其中 32 種同位素的四極變形是通過 E2 和 M1+E2 躍遷壽命獨立測得的,結果相互一致。