toplogo
登入

利用質量數 150 到 250 之間的重同位素中的 E2 和 M1+E2 躍遷測量四極變形


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。
摘要
edit_icon

客製化摘要

edit_icon

使用 AI 重寫

edit_icon

產生引用格式

translate_icon

翻譯原文

visual_icon

產生心智圖

visit_icon

前往原文

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。

深入探究

如何將本文提出的核四極變形測量方法應用於其他類型的原子核,例如奇奇核?

本文提出的方法主要依賴於對原子核基態和低激發態之間 E2 和 M1+E2 跃迁寿命的测量。对于奇奇核,由于核子间的残余相互作用,其能级结构更加复杂,跃迁模式也更多样化。因此,直接应用本文方法会面临以下挑战: 能级识别困难: 奇奇核的能级密度较高,识别参与 E2 和 M1+E2 跃迁的特定能级较为困难。 跃迁分支比复杂: 奇奇核的跃迁分支比更加复杂,可能存在多个竞争跃迁通道,难以分离出 E2 和 M1+E2 跃迁的贡献。 理论计算复杂: 奇奇核的理论计算更加复杂,需要考虑核子间的配对关联等因素,难以准确提取出四极形变参数。 为了将该方法应用于奇奇核,可以考虑以下改进: 结合多种实验技术: 结合例如重离子熔合蒸发反应、γ 射线符合测量等多种实验技术,更精确地确定能级结构和跃迁分支比。 发展更精确的理论模型: 发展更精确的理论模型,例如壳模型蒙特卡洛方法、相互作用玻色子模型等,更准确地描述奇奇核的结构和跃迁性质。 利用其他实验数据: 结合其他实验数据,例如电四极矩、磁偶极矩等,对四极形变参数进行约束。 总而言之,将本文提出的方法应用于奇奇核需要克服诸多挑战,需要结合多种实验技术和理论模型才能获得可靠的结果。

是否存在其他實驗方法可以更精確地測量重同位素的核四極變形?

除了测量 E2 和 M1+E2 跃迁寿命外,还有一些其他的实验方法可以更精确地测量重同位素的核四极变形: 库仑激发: 利用加速的重离子束轰击靶核,通过库仑相互作用激发靶核到低激发态,测量激发态的跃迁性质,从而提取出核四极矩和形变参数。该方法的优点是可以研究寿命较短的激发态,并且对实验条件要求相对较低。 激光光谱学: 利用激光与原子核相互作用,测量原子核的超精细结构和同位素移位,从而提取出核电荷半径、磁偶极矩和电四极矩等信息。该方法的优点是精度高,可以研究基态和长寿命的同核异能态。 电子散射: 利用高能电子束轰击靶核,通过测量散射电子的角分布和能量,可以探测核电荷分布和形状。该方法的优点是可以获得模型无关的核形状信息,但需要高能电子加速器等大型实验设备。 这些方法各有优缺点,可以根据具体的研究对象和目标选择合适的方法。

核四極變形的精確測量如何促進我們對宇宙中物質-反物質不對稱的理解?

物质-反物质不对称是宇宙学中的一个重要谜题,现有的物理理论无法完全解释为何宇宙中物质远远多于反物质。解决这一问题需要超出标准模型的新物理,而 CP 破坏是其中一个关键因素。 核四极变形与原子核的 CP 破坏性质密切相关。例如,具有较大核四极变形的原子核,其核希夫矩 (NSM) 会被显著增强,而 NSM 是 CP 破坏的一个重要信号。因此,精确测量核四极变形可以: 寻找新的 CP 破坏来源: 通过测量不同原子核的四极变形,可以检验不同理论模型对 CP 破坏的预测,寻找超出标准模型的新物理。 提高对 EDM 测量的灵敏度: 精确测量核四极变形可以帮助我们更准确地计算原子 EDM,从而提高对 CP 破坏的实验探测灵敏度。 理解宇宙早期演化: 物质-反物质不对称被认为起源于宇宙早期的高温高密环境,而核四极变形对原子核在极端条件下的性质有重要影响。因此,研究核四极变形可以帮助我们更好地理解宇宙早期演化过程。 总而言之,精确测量核四极变形对于理解 CP 破坏、物质-反物质不对称以及宇宙早期演化等重要物理问题具有重要意义。
0
star