Departamento de Física Nuclear y Física Estadística
Fenómenos sorprendentes en núcleos exóticos
(y núcleos en condiciones exóticas)
Andrea Jungclaus
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 Instituto de Estructura de la Materia – Consejo Superior de Investigaciones Científicas
El paisaje nuclear
neutrones p roton es ~ 300 núcleos estables ~1000 núcleos conocidos miles de núcleos aún no conocidos “terra incognita” números mágicosLa estructura de capas en los núcleos atómicos
2 8 20 40 70 112 82 50 8 2 20 28 126 0 1 2 3 4 5 6 1s1/2 1p3/2 1p1/2 1d5/2 2s1/2 1d3/2 1s 1p 1d 2s 1f 2p 1g 2d 3s 1i 3p 2f 1h 1f7/2 2p3/2 1f5/2 2p1/2 1g9/2 2d5/2 1g7/2 3s1/2 2d3/2 1h11/2 2f7/21h9/2 1i´13/23p3/2 2f5/2 3p1/2 harm. osc. + l2 + l*s Hamiltonian: Eigenwerte:números mágicos núcleos deformados núcleos esféricos
Deformación calculada (Möller-Nix)
excitaciones mono-particulares
→ modelo de capas
vibraciones → modelos colectivos
La física nuclear „clásica“
núcleo esférico núcleo oblado núcleo prolado
rotaciones y vibraciones
→ modelos colectivos
ω
rot~ ω
vib~ ω
SPinteracciones !
Interés especial de
la física nuclear !
j1 → j2 →Er90 68 158 Gd 83 147 64 núcleo deformado
bandas rotacionales regulares (movimiento colectivo) 0+ 7/2- en er gí a d e exc itac ión [ MeV ] núcleo esférico estructuras irregulares
EUROBALL
Núcleos en condiciones exóticas: Alto espín, alta
energía de excitación, alta temperatura
152
Dy
estados no colectivos bandas
triaxiales superdeformados bandas
El paisaje nuclear
neutrones p roton es ~ 300 núcleos estables ~1000 núcleos conocidos miles de núcleos aún no conocidos “terra incognita” números mágicosnúmeros mágicos
número de neutrones
n
ú
me
ro d
e p
roton
es
El tamaño nuclear y las
distribuciones de densidades
12 fm 208Pb
7 fm 48Ca
R = r0·A1/3 r 0 = 1.1-1.2 fm el espesor t de la superficie nuclear es constanteprotones y neutrones estan mezclados uniformemente
T. Suzuki et al., Phys. Rev. Lett. 75 (1995) 3241
Las pieles de neutrones: El ejemplo de los Sodios
radios de carga
desplazamientos isotópicos
de espectroscopia laser
radios nucleares
secciones eficaces de interacción
&
radios de neutrones
proton neutron
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 gigante resonancia dipolar Pygmy (Pigmea)
H He Li Be B C N O F Ne Na Mg d d d 2 2 8 8 20 1n Halo Borromean ´core´+4n 1p Halo
Li
8 12 16 20 3.0 3.5 2.5 N n pNa
A rad io [fm]Radios nucleares – Halos y pieles de neutrones
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
2 8 20 40 70 112 82 50 8 2 20 28 126 0 1 2 3 4 5 6 1s1/2 1p3/2 1p1/2 1d5/2 2s1/2 1d3/2 1s 1p 1d 2s 1f 2p 1g 2d 3s 1i 3p 2f 1h 1f7/2 2p3/2 1f5/2 2p1/2 1g9/2 2d5/2 1g7/2 3s1/2 2d3/2 1h11/2 2f7/21h9/2 1i´13/23p3/2 2f5/2 3p1/2 harm. osc. + l2 + l*s Hamiltonian: Eigenwerte:N=20 y la “isla de inversión”
40CaN=20
38Ar 36S 34Si 32Mg 30Ne 28O f7/2 d3/2 d5/2 s1/2 20 28 1d5/2 2s1/2 1d3/2 1f7/2 sd pf Configuración normal 20 28 1d5/2 2s1/2 1d3/2 1f7/2 sd pf Configuración intrusaFigura consistente gracias a la amplia
información experimental !
Nuevos modos de desintegración
Modos de desintegración “clasicos”:
beta minus, beta plus, emisión alpha, fissión
V
r
En la línea de gotéo de protones: interacción fuerte no es capaz a ligar el último proton
→ retenido por dentro por la
barera Coulombiana
radiactividad de 1 proton: Discubierto 1981 en el GSI
radiactividad de 2 protones:
Radiactividad de dos protones
(Z-2,N) (Z,N) 2p Sp Γ2 Γ1 Sp > Γ1 + Γ2• en algunos núcleos con Z par • a causa de apareamiento • predicho en los años 60 • descubierto en 2002
Radiactividad 2p
48Ni
20
28
28
54Zn
45Fe
La idea (2007): Regreso a técnicas fotográficas
PMT CCD visible light 1 µs/cm GateOptical time projection chamber
Ionization electrons from the stopping of the charged particles drift to the right, are amplified and their wave length shifted to the visible region.
Foto digital de las
desintegraciones !
Reconstrucción de posición en tres dimensiones:
x,y CCD camera z drift time
K. Miernik et al.
Radiactividad de dos protones en
45Fe
fragmentación de 58Ni @ 161 MeV/u
separador A1900 en el NSCL, MSU (EEUU)
45
Fe
CCD foto 248 iones de 45Fe identificados 125 desintegraciones observados (87 2p, 38 βp) 2p braching ratio: 70(4)% T1/2 = 2.63(18) msΔφ
La correlación angular entre los protones
experimento
teoría
3 cuerpos
2He
ruptura a tres cuerpos
La desintegración β
de
45Fe
β2p
10
β3p
K. Miernik et al. Phys. Rev. C76 (2007) 041304(R)Primera observación de una
desintegración β3p !
4
βp
El paisaje nuclear
neutrones p roton es ~ 300 núcleos estables ~1000 núcleos conocidos miles de núcleos aún no conocidos “terra incognita” números mágicoshalos y pieles de neutrones
cambios en los
números mágicos
superdeformación, hiperdeformación,coexistencia de forma, emisión de partículas cargadas desde estados excitados
