Fenómenos sorprendentes en núcleos exóticos

 Instituto de Estructura de la Materia – Consejo Superior de Investigaciones Científicas Fenómenos sorprendentes en núcleos exóticos
(y núcleos en condiciones exóticas)
Andrea Jungclaus
Departamento de Física Nuclear y Física Estadística
introducción
núcleos atómicos a alto momento
angular y alta energía de excitación
cambios en las propiedades globales
cambios en la estructura de capas
nuevos modos de desintegración
March 21, 2013 – IEM
El paisaje nuclear
~1000 núcleos
conocidos
protones
~ 300 núcleos
estables
números
mágicos
neutrones
miles de núcleos
aún no conocidos
“terra incognita”
Porque queremos estudiar mas y mas núcleos mejor y mejor ???
La estructura de capas en los núcleos atómicos
6
Hamiltonian:
112
5
70
1i
3p
2f
1h
3s
4
2d
40
1g
126
82
50
2p
3
20
1f
2s
2
28
20
1d
1p
harm. osc.
5/2
1g9/2
2p1/2
2p3/2 1f5/2
1f7/2
1d3/2
2s1/2
1d5/2
1p1/2
1p3/2
2
2
0
1h11/2
3s1/2 2d3/2
2d 1g7/2
8
8
1
3p
2f5/2 3p1/2
1i´13/2 3/2
1h
2f7/2 9/2
1s
+ l2
1s1/2
+ l*s
Eigenwerte:
La física nuclear „clásica“
Deformación calculada (Möller-Nix)
núcleos
deformados
núcleo prolado
números
mágicos
núcleos
esféricos
núcleo oblado
rotaciones y vibraciones
→ modelos colectivos
ωrot ~ ωvib ~ ωSP
núcleo esférico
excitaciones mono-particulares
→ modelo de capas
vibraciones → modelos colectivos
→
→
j1 j2
interacciones
!
Interés especial de
la física nuclear !
núcleo esférico
bandas rotacionales regulares
(movimiento colectivo)
estructuras irregulares
(excitación de núcleons individuales)
energía de excitación [MeV]
núcleo deformado
158 Er
68 90
0+
7/2-
147Gd
83
64
Núcleos en condiciones exóticas: Alto espín, alta
energía de excitación, alta temperatura
bandas
triaxiales
bandas
superdeformados
estados
no colectivos
Gammasphere
EUROBALL
152Dy
El paisaje nuclear
~1000 núcleos
conocidos
protones
~ 300 núcleos
estables
números
mágicos
neutrones
miles de núcleos
aún no conocidos
“terra incognita”
El tamaño nuclear y las
distribuciones de densidades
número de protones
208Pb
12 fm
a=0.54 fm
números
mágicos
48Ca
7 fm
número de neutrones
R = r0·A1/3
r0 = 1.1-1.2 fm
el espesor t de la superficie
nuclear es constante
protones y neutrones estan
mezclados uniformemente
Las pieles de neutrones: El ejemplo de los Sodios
radios nucleares
neutron
secciones eficaces de interacción
&
radios de carga
estable
proton
desplazamientos isotópicos
de espectroscopia laser
radios de neutrones
T. Suzuki et al., Phys. Rev. Lett. 75 (1995) 3241
Incremento gradual de la piel de neutrones con el número de neutrones !
Nuevos modos de excitación: la resonancia Pygmy
Intensidad dipolar E1 en núcleos atómicos:
excitación de
dos fonones
resonancia dipolar
Pygmy (Pigmea)
resonancia dipolar
gigante
Radios nucleares – Halos y pieles de neutrones
1n Halo
Borromean
´core´+4n
Na
Ne
F
O
N
8
2
20
3.5
C
B
Be
Li
He
H
d
d
d
Li
radio [fm]
1p Halo
Mg
2
8
A
Na
n
3.0
p
2.5
8
12
16
N
20
Hay que tener cuidado con la extrapolación de nuestro
conocimiento de los núcleos estables a los núcleos lejos
de la estabilidad !
Cambios en la estructura de capas
6
Hamiltonian:
112
5
70
1i
3p
2f
1h
3s
4
2d
40
1g
126
82
50
2p
3
20
1f
2s
2
28
20
1d
1p
harm. osc.
5/2
1g9/2
2p1/2
2p3/2 1f5/2
1f7/2
1d3/2
2s1/2
1d5/2
1p1/2
1p3/2
2
2
0
1h11/2
3s1/2 2d3/2
2d 1g7/2
8
8
1
3p
2f5/2 3p1/2
1i´13/2 3/2
1h
2f7/2 9/2
1s
+ l2
1s1/2
+ l*s
Eigenwerte:
N=20 y la “isla de inversión”
d3/2
f7/2
40Ca
Configuración normal
38Ar
28
20
pf
1f7/2
1d3/2
2s1/2
1d5/2
36S
sd
s1/2
34Si
d5/2
32Mg
Configuración intrusa
28
20
30Ne
pf
1f7/2
1d3/2
2s1/2
1d5/2
28O
sd
línea de goteo
N=20
Figura consistente gracias a la amplia
información experimental !
Nuevos modos de desintegración
Modos de desintegración “clasicos”:
beta minus, beta plus, emisión alpha, fissión
En la línea de gotéo de protones:
interacción fuerte no es capaz a
ligar el último proton
→  retenido por dentro por la
barera Coulombiana
V
r
radiactividad de 1 proton:
Discubierto 1981 en el GSI
radiactividad de 2 protones:
Predicho en los años 60
Radiactividad de dos protones
Radiactividad 2p
Los mejores candidatos
54Zn
Γ2
Sp
48Ni
Γ1
(Z,N)
28
Sp > Γ1 + Γ2
45Fe
2p
(Z-2,N)
•  en algunos núcleos con Z par
•  a causa de apareamiento
•  predicho en los años 60
•  descubierto en 2002
20
28
La idea (2007): Regreso a técnicas fotográficas
Optical time projection chamber
Foto digital de las
desintegraciones !
1 µs/cm
visible
light
Gate
Ionization electrons from the stopping of the charged
particles drift to the right, are amplified and their
wave length shifted to the visible region.
PMT
CCD
Reconstrucción de posición en tres
dimensiones:
x,y CCD camera
z
drift time
K. Miernik et al.
Nucl. Instr. Meth. A581 (2007) 194
Radiactividad de dos protones en
fragmentación de 58Ni @ 161 MeV/u
separador A1900 en el NSCL, MSU (EEUU)
248 iones de 45Fe identificados
125 desintegraciones observados
(87 2p, 38 βp)
2p braching ratio: 70(4)%
T1/2 = 2.63(18) ms
K. Miernik et al., Phys. Rev. Lett. 99 (2007) 192501
CCD foto
45Fe
45Fe
La correlación angular entre los protones
Δφ
experimento
ruptura a tres cuerpos
teoría
2He
K. Miernik et al., Phys. Rev. Lett. 99 (2007) 192501
3 cuerpos
βp
La desintegración β
de 45Fe
24
β2p
10
Primera observación de una
desintegración β3p !
K. Miernik et al.
Phys. Rev. C76 (2007) 041304(R)
β3p
4
El paisaje nuclear
superdeformación, hiperdeformación,
coexistencia de forma, emisión ~1000
de
núcleos
partículas cargadas desde estadosconocidos
excitados
protones
~ 300 núcleos
estables
radiactividad 2p
números
mágicos
neutrones
halos y pieles de neutrones
miles de núcleos
aún no conocidos
“terra incognita”
cambios en los
números mágicos