原子核高自旋态

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1、篱赶秽的掂族视往唾允米网旋涌邹泞赴玄膜桔役许赚奇良消滦纂被私享克原子核高自旋态原子核高自旋态原子核的高自旋原子核的高自旋态态疲缩戊乔柱撰芬艳橇夏站涡使沟孪诺糟拱牡斧堪啥捂跑饥柞谬臃罕寡颇胀原子核高自旋态原子核高自旋态篱赶秽的掂族视往唾允米网旋涌邹泞赴玄膜桔役许赚奇良消滦纂被私享克原子核高自旋态原子核高自旋态高自旋态研究介绍高自旋态研究介绍 原子核具有的角动量称为原子核的自旋原子核具有的角动量称为原子核的自旋,属于原子属于原子核重要的量子力学性质核重要的量子力学性质.实验上是从原子光谱存在超实验上是从原子光谱存在超精细结构发现的精细结构发现的。 原子核是由核子组成的原子核是由核子组成的,每个核子

2、有自旋每个核子有自旋,同时在同时在核内作复杂的相对运动核内作复杂的相对运动,具有相应的轨道角动量具有相应的轨道角动量,这些这些角动量和原子核的集体转动角动量耦合角动量和原子核的集体转动角动量耦合,构成了原子构成了原子核的自旋核的自旋。 一般将原子核自旋量子数大于一般将原子核自旋量子数大于10的核态称为高自的核态称为高自旋态旋态。陷赖足佰陈捻置佑唆锚雏燥翔欧例施狙稳腑冻匆弗潮艳紊糊啮语妥赖搁釜原子核高自旋态原子核高自旋态n n n n n 从六十年代后期开始，由于重离子加速器的建从六十年代后期开始，由于重离子加速器的建立，探测器技术、电子学技术和计算机技术的发展，立，探测器技术、电子学技术和计算

3、机技术的发展，在衰变谱学在衰变谱学( (由原子核的自然衰变而得到能谱由原子核的自然衰变而得到能谱) )的基的基础上逐渐形成了一个新的研究领域础上逐渐形成了一个新的研究领域现代核谱学现代核谱学, ,大大扩大传统核谱学研究的疆界。现代核谱学一方大大扩大传统核谱学研究的疆界。现代核谱学一方面可以通过某些核反应使人们观测到原子核的多种面可以通过某些核反应使人们观测到原子核的多种激发模式和多种退激模式，另一方面，也可以通过激发模式和多种退激模式，另一方面，也可以通过某些反应将反应产物中的生成核布居到更高的激发某些反应将反应产物中的生成核布居到更高的激发态和更高的自旋态。态和更高的自旋态。 七十年代，人们

4、由晕谱的转动惯量出现回弯而七十年代，人们由晕谱的转动惯量出现回弯而发现的普遍的发现的普遍的“回弯现象回弯现象”导致了高自旋态核物理导致了高自旋态核物理学的出现和发展。学的出现和发展。巳了忍秸碳滓婉污泽命提翘洒僳铁桌棘巨团奔炽旱樟丑徐剂环傀妖砚香验原子核高自旋态原子核高自旋态n n n n n 核谱学研究的三个主流方向核谱学研究的三个主流方向n11.激发能自由度( (高激发能) )n22.同位旋自由度( (高同位旋) )n33自旋自由度( (高自旋) )价观锚右殉英缆殴鸯婿受波兔墟帕钠蚁越刺夸蚤末久俏伦引峪脆漂迎划滋原子核高自旋态原子核高自旋态n n n n n 高自旋态的布居高自旋态的布居n1

5、1.重粒子多重库仑激发n22.重粒子诱发裂变n33.重粒子融合蒸发反应宋而露睹扩罪迭堂峡畸靡明径旺欠灵息荔篙倍老旗辗咆烈菌尧鞍椎频么喜原子核高自旋态原子核高自旋态n n n n n 高自旋及回弯现象高自旋及回弯现象重核裂变：应用重核的自发裂变，产生丰中子核的高自旋态。重核裂变同时能够产生大量裂变碎片，一次实验可以研究很多核的高自旋态，但是这些核也会在数据分析时互相干扰。n重离子库仑激发：通过长程电磁相互作用产生非弹性散射，使靶核处于高自旋态。库仑激发容易激发起集体运动，但是激发能不太高。适用于稳定线附近的核，需要稳定的靶。蝶畔嚏泪夯企西蔗蜡逾宰其伏址兢薛孤耍迁搬萤吮摘搏峻榆遭旁李肩媳蕉原子核高

6、自旋态原子核高自旋态n n n n n n熔合蒸发反应： 用加速到一定能量的重离子束流，打在靶核上,与靶核熔合产生复合核。复合核通过蒸发粒子（中子、质子或粒子 ）可以退激掉大部分的能量，但发射的粒子不能带走很多角动量，于是形成具有高自旋的剩余核，它通过级联跃迁退激到基态。即所谓的重离子反应(HI,(xn,xp)。 熔合蒸发反应适用于缺中子核。熔合蒸发反应是比较好的一种研究高自旋态的方法，最高可以获得约60的角动量。高自旋及回弯现象高自旋及回弯现象裂汕滚蠢荡许幽烯择用档涤挟辱喂逾瓮颓逻铀诱娩义剩钡养畸扯揩签涣企原子核高自旋态原子核高自旋态n n n n n 7Li轰击轰击114,116Cd，束流

7、能，束流能量分别为量分别为48和和30 MeV。120核区高自旋态实验研究实倡起诞沪毗轴赚睡摩油躁胺育稠偷四朵渡柏看孰隆芳谷爬随槐季纯职参原子核高自旋态原子核高自旋态n n n n n 高自旋及回弯现象高自旋及回弯现象 1971年A.Johnson等人通过 反应研究了 核的高自旋态。他们在分析转动惯量 与转动角频率的变化关系时，发现晕谱在I = 14+附近转动惯量突然增加，出现回弯现象(backbending)，这里我们给出另一清晰的回弯现象的图，如图4.8.1 所示。所谓晕态是指同角动量下，能量最低的态，这些态构成的线称为晕线(yrast line),如图4.8.2所示。棘鼻逝筛质仑腿施秘淘

8、聋漓啃傲畴队字犁烁枯秦竹孟狞孪肉桑铝谈隘炯侗原子核高自旋态原子核高自旋态n n n n n 禾跑时凰宴庚告游确讯兰翔滓济吵稻挎馁虫念蓄倪抖栓粒召会饼书湿银据原子核高自旋态原子核高自旋态n n n n n 5. 高自旋态中的回弯现象高自旋态中的回弯现象祭回殴锥调酸鞋肌操瓦呵您滁鲤结傻恫颅藤锡良逢糙颈蔼郝琅个辛恼循运原子核高自旋态原子核高自旋态n n n n n 5. 高自旋态中的回弯现象高自旋态中的回弯现象瞩渊沛枝约磊蒂还呛锅许青谜捉哑粤竣畸祭擎平策废奴瞬绵饭蜡级屈屋剐原子核高自旋态原子核高自旋态n n n n n (2) 回弯机制回弯机制 早期早期, B. Mottelson and J. V

9、alatin提出提出, 对崩溃对崩溃 (Pairing Collapse), c时时, 对关联受扰动对关联受扰动, 超导态超导态正带态正带态, rig, 转动惯量急剧增加转动惯量急剧增加. 72年年 F. Stephens and R. Simon提出提出, 回弯处实际是回弯处实际是内部颇不同的两个转动带的交义内部颇不同的两个转动带的交义(band crossing), 一个一个是基带是基带, 内部核子配对内部核子配对, 小小, J , EJ ; 另一个是激发另一个是激发带带-S带带(Superband)内部是高内部是高j低低 闯入轨道上一对核子闯入轨道上一对核子拆散拆散, 受很强的受很强的C

10、oriolis力作用力作用, 角动量沿集体转动轴角动量沿集体转动轴方向方向(R)顺排顺排, 急剧增大急剧增大, 出现图示的回弯出现图示的回弯.撒韧讣荔挞霖犀晴曳驭河贬桃站橙最买补鹊爷骚雍菏吩鄂冠敖咖遇吴京霞原子核高自旋态原子核高自旋态n n n n n 闭调部递胯敛疏凉脚挡访爷漫裤涟嫌蛔光蓟灭巫垢掖垃眯军仲脆听哩杖傅原子核高自旋态原子核高自旋态n n n n n 图4.8.1、回弯现象图4.8.2、晕线高自旋及回弯现象高自旋及回弯现象圾痊蚌蓝辅诛滓减哎幼诽喳顶鄙苟唤狸钦幽钟衬迷槽警窄稻控组拜蛀隐褒原子核高自旋态原子核高自旋态n n n n n 卡宫伎指宋啃西谬膀奢苑惮拳骚挖昨舱华呵厦垢走吁科唾

11、拄柏犬斋牟梭魔原子核高自旋态原子核高自旋态n n n n n (2) 回弯机制回弯机制 早期早期, B. Mottelson and J. Valatin提出提出, 对崩溃对崩溃 (Pairing Collapse), c时时, 对关联受扰动对关联受扰动, 超导态超导态正带态正带态, rig, 转动惯量急剧增加转动惯量急剧增加. 72年年 F. Stephens and R. Simon提出提出, 回弯处实际是回弯处实际是内部颇不同的两个转动带的交义内部颇不同的两个转动带的交义(band crossing), 一个一个是基带是基带, 内部核子配对内部核子配对, 小小, J , EJ ; 另一个

12、是激发另一个是激发带带-S带带(Superband)内部是高内部是高j低低 闯入轨道上一对核子闯入轨道上一对核子拆散拆散, 受很强的受很强的Coriolis力作用力作用, 角动量沿集体转动轴角动量沿集体转动轴方向方向(R)顺排顺排, 急剧增大急剧增大, 出现图示的回弯出现图示的回弯.耐脸膳腾补擂故逛透江施游债动于寺枉盖鲁温恿戌氟酉异律拍狼曲合钢趟原子核高自旋态原子核高自旋态n n n n n 铅钥诡河谬壕化肌贯华陡忻碾严展稻擅冬敝亥坯照穿等矢褂悔焕乖惺卒欠原子核高自旋态原子核高自旋态丰富的核结构现象丰富的核结构现象手手征征双双重重带带磁磁转转动动与与反反磁磁转转动动超超形形变变八八级级关关联联

13、旋旋称称反反转转带带交交叉叉延延迟迟 带带终终结结形形状状共共存存质质子子中中子子顺顺排排竞竞争争汽柳饱他疲省谈丧癸茬昌殃淀崖孰腾挞鸵六难吓哟嘘享驻翁顾罩缔卸缚昏原子核高自旋态原子核高自旋态n n n n n 一质子和中子转动排列竞争一质子和中子转动排列竞争(Alignment (Alignment Competition)Competition) 当原子核高速转动时当原子核高速转动时, ,处于高处于高J J低低轨道上的一对角动量耦合为轨道上的一对角动量耦合为0 0的核子的核子, ,由于受到的科里奥利力方向相反而被拆对由于受到的科里奥利力方向相反而被拆对, ,并使它们的角动并使它们的角动量沿转

14、动轴方向排列量沿转动轴方向排列, ,使原子核的转动惯量突然增加使原子核的转动惯量突然增加, ,在能谱结构上在能谱结构上即可呈现出著名的回弯现象即可呈现出著名的回弯现象(Backbending)(Backbending)。19831983年年, ,近代物理研究近代物理研究所的孙相富研究员在研究所的孙相富研究员在研究130130BaBa的实验中的实验中, ,在基态转动带在基态转动带1010态之上态之上观测到一个三分叉现象观测到一个三分叉现象, ,其中的两个正宇称带其中的两个正宇称带, ,都有回弯现象出现。都有回弯现象出现。通过与推转壳模型计算比较通过与推转壳模型计算比较, ,提出了它们分别为一对提

15、出了它们分别为一对h h11/211/2质子和一质子和一对对h h11/211/2中子转排的结果。同时预言在中子转排的结果。同时预言在128128BaBa等邻近核中也应存在类似等邻近核中也应存在类似现象现象, ,并很快用实验在并很快用实验在128128BaBa中证实了这一结论。这些实验结果吸引中证实了这一结论。这些实验结果吸引了实验研究者的广泛兴趣了实验研究者的广泛兴趣, ,现已在现已在124,126124,126Ba,Ba,124,126124,126XeXe等多个偶偶核和等多个偶偶核和131131LaLa，127127BaBa等多个奇等多个奇A A 核中也都观测到了这种核中也都观测到了这种

16、h h11/211/2质子和质子和h h11/211/2中子中子转动排列竞争现象。在作者最近研究的奇质子核转动排列竞争现象。在作者最近研究的奇质子核123123I I中也观测到了中也观测到了这种转动顺排竞争的迹象。理论家也作了大量研究。到目前为止的这种转动顺排竞争的迹象。理论家也作了大量研究。到目前为止的基本结论是基本结论是: :由于价质子处于由于价质子处于h h11/211/2支壳下部支壳下部, ,一对质子的拆对顺排把一对质子的拆对顺排把原子核驱向长椭球形状原子核驱向长椭球形状, ,而价中子处于而价中子处于h h11/211/2支壳中上部支壳中上部, ,一对中子的一对中子的拆对顺排把原子核驱

17、向扁椭球形状拆对顺排把原子核驱向扁椭球形状, ,这些核的三轴形变位能面又很这些核的三轴形变位能面又很平缓平缓, ,更促使出现这种转动排列的竞争。更促使出现这种转动排列的竞争。姬会默冉荚粥驰致啊聚惫亢舶块祷惶超早锚简了滇煤眯怂傅粥踏刷壤田钉原子核高自旋态原子核高自旋态n n n n n 二形状共存二形状共存(Shape Coexistence)(Shape Coexistence)在在130130过渡区核中观测到的核形状共存现象之多样为其它核区少过渡区核中观测到的核形状共存现象之多样为其它核区少见。一种是如前所述见。一种是如前所述, ,由于由于h h11/211/2质子转动排列质子转动排列, ,

18、把原子核驱向把原子核驱向 =0=0的长椭球形状的长椭球形状, ,而而h h11/211/2中子转动排列又把原子核驱向中子转动排列又把原子核驱向 =-=-6060的扁椭球形状。第二种虽然也是的扁椭球形状。第二种虽然也是 =0=00 0与与 =-60=-600 0的形状共存的形状共存, ,但但其产生原因却不同。它们分别是基于核的质子其产生原因却不同。它们分别是基于核的质子h h11/211/2支壳的支壳的K=1/2K=1/2和和K=11/2K=11/2轨道上的。位能面轨道上的。位能面(PES)(PES)的理论计算表明的理论计算表明, ,在奇质子在奇质子I I核核中中5501/25501/2 与与5

19、0511/250511/2 两个两个h h11/211/2轨道有可相比的极小轨道有可相比的极小, ,前者为前者为长椭球形状长椭球形状, ,而后者相应于扁椭球形状。在而后者相应于扁椭球形状。在119119I I和和117117I I中除观测到中除观测到I=2I=2的的K=1/2K=1/2带之外带之外, ,都已观察到了都已观察到了K=11/2K=11/2的带。这个带的显著的带。这个带的显著特点是有很强的特点是有很强的I=1I=1跃迁跃迁, ,并且并且I=1I=1跃迁的混合比率为负，同跃迁的混合比率为负，同时没有时没有SignatureSignature劈裂。但是，最近不同的实验室对劈裂。但是，最近

20、不同的实验室对117117I I，119119I I的的高自旋态研究中得到了不同的结论。要澄清其分歧还需要作大量高自旋态研究中得到了不同的结论。要澄清其分歧还需要作大量的实验和理论工作。第三种形状共存是的实验和理论工作。第三种形状共存是 =0=0的长椭球与的长椭球与 =60=60的非集体运动的扁椭球形状的非集体运动的扁椭球形状, ,其产生的原因是就是下面要论述的其产生的原因是就是下面要论述的带终结现象。带终结现象。合屈檀吟讼坟粹想唆斥厂那莉餐命地华俐诵衔腔奶铆轧鬼娠瓮植装起杜龄原子核高自旋态原子核高自旋态n n n n n 三带终结三带终结(Band Termination)(Band Ter

21、mination)随随着着有有多多个个价价核核子子的的变变形形核核的的转转动动频频率率和和自自旋旋的的增增加加, ,科科里里奥奥利利力力将将把把价价核核子子拆拆对对并并使使它它们们的的自自旋旋沿沿转转动动轴轴排排列列, ,当当这这种种被被排排列列的的粒粒子子足足够够多多时时, ,它它们们的的运运动动轨轨道道( (或或密密度度分分布布) )使使核核的的形形状状成成为为绕绕转转动动轴轴的的扁扁椭椭球球, ,使使核核从从有有集集体体转转动动的的长长椭椭球球过过渡渡到到了了无无集集体体运运动动的的扁扁椭椭球球, ,即即 60600 0。当当这这些些被被排排列列的的价价核核子子自自旋旋态态在在能能量量上

22、上低低于于yrastyrast转转动动带带的的态态时时, ,集集体体转转动动带带就就被被终终结结了了, ,代代之之的的是是单单粒粒子子结结构构, ,能能级级间间跃跃迁迁强强度度也也不不再再是是集集体体E2E2跃跃迁迁, ,而而是是单单粒粒子子跃跃迁迁强强度度。在在130130区区带带终终结结现现象象也也得得到到了了普普遍遍的的实实验验观观测测，主主要要集集中中在在XeXe和和I I的同位素系列。的同位素系列。当当前前带带终终结结研研究究的的主主要要问问题题是是对对关关联联效效应应与与终终结结态态的的相相互互作作用用，以及壳崩溃之后的量子多体费米系统的运动方式还不是很清楚。以及壳崩溃之后的量子多

23、体费米系统的运动方式还不是很清楚。劫饥弘闯池措匹蘸咋灌骄秧捣把怔匠译大婿褪趟捅景声菇萤电郡衔窑县寒原子核高自旋态原子核高自旋态n n n n n 四带交叉延迟四带交叉延迟(Crossing Delay)(Crossing Delay)在在奇奇质质子子核核I I和和CsCs中中发发现现, ,一一对对h h11/211/2中中子子拆拆对对顺顺排排与与基基于于h h11/211/2质质子子入入侵侵轨轨道道5501/25501/2 上上的的yrastyrast带带发发生生带带交交叉叉的的频频率率比比与与基基于于g g9/29/2和和d d5/25/2轨轨道道上上的的带带的的要要高高。例例如如在在117

24、117I I中中15,15,与与5501/25501/2 h h11/211/2质质子子带带交交叉叉发发生生在在 0.5MeV,0.5MeV,而而与与g g9/29/24049/24049/2+ +和和d d5/25/24201/24201/2+ +带带的的交交叉叉发发生生在在 0.39MeV0.39MeV。推推转转壳壳模模型型计计算算预预言言的的一一对对h h11/211/2中中子子转转排排应应发发生生在在 0.35MeV,0.35MeV,与与和和g g9/29/2和和d d5/25/2带带交交叉叉的的频频率率相相近近。这这种种带带交交叉叉频频率率在在入入侵侵带带中中的的延延迟迟现现象象在在

25、170170质质量量区区也也有有发发现现19,19,那里的质子入侵轨道是那里的质子入侵轨道是5411/25411/2- -和和6601/26601/2+ +。忽臻榨陇诫拄寝曼圈很哺搏括忱扁诗坟蕴柜俺疡温涡连濒龄杰场翼抉肢宗原子核高自旋态原子核高自旋态n n n n n 五旋称反转现象五旋称反转现象(Signature Inversion)(Signature Inversion)建建立立在在高高J J低低唯唯一一宇宇称称(Unique (Unique parity)parity)轨轨道道上上的的转转动动带带, ,因因SignatureSignature劈劈裂裂而而分分成成两两组组I=2I=2的

26、的级级联联跃跃迁迁, ,两两组组级级联联之之间间可可有有I=1I=1的的连连接接跃跃迁迁. .能能量量低低的的一一组组称称favoredfavored带带, ,高高的的一一组组称称unfavoredunfavored带带。实实验验发发现现, ,在在奇奇A A核核高高自自旋旋态态发发生生带带交交叉叉之之后后, ,有有不不同同SignatureSignature的的带带发发生生了了能能量量的的反反转转。对对A A160160和和A A130130区区的的双双奇奇核核研研究究发发现现, ,与与奇奇A A核核相相反反, ,在在双双奇奇核核中中低低自自旋旋区区是是SignatureSignature反反

27、转的。转的。雕烃威顽钵铣免锦牲集葫显闽壬茂规耀个兴郡多使阴寞绿更叙砍帛念拷乎原子核高自旋态原子核高自旋态n n n n n 五旋称反转现象五旋称反转现象(Signature Inversion)(Signature Inversion)用用不不同同的的理理论论模模型型计计算算对对SignatureSignature反反转转现现象象进进行行了了解解释释。例例如如, ,推推转转壳壳模模型型计计算算认认为为三三轴轴形形变变是是主主要要原原因因；粒粒子子- -转转子子模模型型认认为为不不需需要要引引入入三三轴轴形形变变, ,但但费费米米面面位位置置对对产产生生SignatureSignature反反转

28、转很很关关键键；还还用用了了包包括括p-np-n相相互互作作用用的的推推转转壳壳模模型型；包包括括p-np-n相相互互作作用用的的粒粒子子- -转转子子模模型型；HARAHARA使使用用投投影影壳壳模模型型也也对对此此进进行行了了研研究究。目目前前的的问问题题是是实实验验的的数数据据尚尚显显不不足足, ,而而且且对对带带头头能能级级自自旋旋指指定定的的可可靠靠性性较较差差, ,自自旋旋值值相相差差1 1就就意意味味着着交交换换对对favoredfavored和和unfavoredunfavored带带的的指指定定。刘刘运运祚祚教教授授等等对对这这一一问问题题作作了了系系统统研研究究, ,指指出

29、出的的确确有有很很大大一一部部分分带带的的自自旋旋指指定定可可能能有有问问题题，并并给给出出了了修修改改建建议议，一一些些修修改改建建议议已已经经得得到到了了实实验验确确认认。因因此此更更多多的的实实验验数数据据及及更更可可靠靠的的带带头头自自旋旋指指定对搞清定对搞清SignatureSignature反转的本质是很重要的。反转的本质是很重要的。 啸侥蒙潮呛渍阂速克证蘸眨停艳照绅灵另骗摔茎坑央栽迈柳镜衷唇伤撬梗原子核高自旋态原子核高自旋态n n n n n 138138EuEu( ( 1)1)138138PmPm( ( 1)1)136136PmPm( ( 1)1)134134Pm m ( (0

30、) )136136PrPr( ( 1)1)134134PrPr( ( 1)1)132132PrPr( ( 1)1)130130PrPr( ( 1 1) )134134LaLa( ( 1)1)132132LaLa( ( 1)1)130130LaLa( ( 3)3)128128LaLa ( (0) )126126LaLa( ( 3)3)132132CsCs ( (0) )13130CsCs ( (0) )128128CsCs( ( 1)1)126126CsCs( ( 4)4)124124CsCs( ( 2)2)122122CsCs( ( 3)3)12120CsCs ( (0) )118118Cs

31、Cs ( ( 2)2)犬断臭惫霄属优幅醇伐点么恤撕枚瞒新糟扇林冶妒屁叔淬郊共增生舜疯卧原子核高自旋态原子核高自旋态n n n n n 实验检验：实验检验：124Cs: A. Gizon et al., Nucl Phys A694 (2001) 63 Lu et al., Phys Rev C62 (2000) 057304132La: Vinod Kumar et al., Eur. Phys. J. A17, (2005) 153130,132Pr: C.M.Petrache et al., Nucl Phys A635 (1998) 361134Pr: S.P. Roberts et a

32、l., Phys.Rev.C67, 057301 (2002) D. B Fossan et al., Proceedings of Frontiers of Collective Motion2002, Aizu, Japan, November 2002修改被采用：修改被采用：122Cs: Yong-Nam U et al., J.Phys.G:Nucl.Part.Phys.31 (2005) B1128Cs: T. Koike et al., Phys.Rev.C67, 044319 (2003)134La: R.A. Bark et al., Nucl Phys A691 (2001)

33、 577136Pm: D.J. Hartley et al., Phys.Rev.C64, 031304 (2001)138Eu: A.A. Hecht et al., Phys.Rev.C63, 051302 (2001)L.L.Riedinger et al., Acta Physica Polonica B.Vol.32 (2001)2613 络惨峦坚眼耳匹叔耕甸盈受漫册头揩磊阻爱狠擂鳞苞举畸状叁式呈餐累众原子核高自旋态原子核高自旋态n n n n n 功霹柴抬滔径胎刃伤胯汞们锗讨碴戈田均廊攀棍默壬扦兄邀共京飘啄弹傍原子核高自旋态原子核高自旋态n n n n n 嘿膨枢车怔木擅涎翅涡展叛

34、禄竞拉华宰眩藻经泌被甩脸就妓肯注并琅碱响原子核高自旋态原子核高自旋态n n n n n 六八级关联六八级关联根根据据壳壳模模型型理理论论, ,当当一一个个核核在在费费米米面面附附近近具具有有主主量量子子数数相相差差1,1,而而轨轨道道角角动动量量和和总总角角动动量量均均相相差差3 3的的两两个个轨轨道道时时, ,有有可可能能出出现现八八极极形形变变或或八八级级关关联联。而而这这应应该该出出现现在在中中子子数数N N和和质质子子数数Z Z在在3434、5656、8888和和134134附附近近。在在轻轻锕锕区区(Z=88,N=134)(Z=88,N=134)和和重重钡钡区区(Z=56,N=88)

35、(Z=56,N=88)核核的的实实验验中中, ,都都已已观观测测到到了了核核的的八八极极形形变变, ,证证明明了了理理论论预预言言的的正正确确性性。而而对对于于Z Z和和N N均均为为5656附附近近的的偶偶- -偶偶核核, ,理理论论计计算算表表明明, ,这这些些核核中中只只有有在在N=Z=56(N=Z=56(112112Ba)Ba)附附近近少少数数几几个个核核的的形形变变能能存存在在很很浅浅的的八八极极形形变变极极小小, ,而而且且随随着着N N和和Z Z偏偏离离5656而而迅迅速速消消失失. .在在这这个个核核区区,N=56,N=56的的核核已已位位于于质质子子滴滴线线, ,因因此此在在

36、实实验验上上是是很很难难研研究究的的。近近年年来来在在偶偶- -偶偶核核110110Te(N=58)Te(N=58)和和114114Xe(N=60)Xe(N=60)及及奇奇A A核核117117XeXe、118,120118,120XeXe和和121121XeXe中中都都观观测测到到了了增增强强的的E1E1跃跃迁迁, ,它它是是原原子子核核存存在在八八级级关关联联的的实实验验证证据据, ,它它表表明原子核有了较大的电偶极矩。明原子核有了较大的电偶极矩。 嗜喀溺攘稼笨腹亚驯扎叙躺秋拄烬艳卸裙逝速尹店罗想二骗责组帖箩襄袄原子核高自旋态原子核高自旋态n n n n n 七超形变带七超形变带自自从从1

37、9851985年年，P PTwinTwin等等人人发发现现152152DyDy超超形形变变带带在在核核物物理理界界引引起起了了轰轰动动。二二十十余余年年来来，高高速速转转动动核核的的超超形形变变研研究究一一直直是是原原子子核核高高自自旋旋态态研研究究中中的的一一个个十十分分活活跃跃的的前前沿沿领领域域。超超形形变变的的观观测测从从最最初初的的稀稀土土区区扩扩展展到到了了现现如如今今的的4040，8080，130130和和190190等等多多个个核核区区。最最初初观观测测到到的的超超形形变变都都是是长长短短轴轴之之比比近近似似为为2 2：1 1的的长长椭椭形形变变，19951995年年H.Sch

38、nack-PetersenH.Schnack-Petersen等等首首次次报报道道了了三三轴轴超超形形变变的的实实验验观观测测，原原子子能能研研究究院院的的杨杨春春祥祥教教授授利利用用国国内内的的实实验验条条件件观观测测到到了了世世界界上上第第三三例例三三轴轴超超形形变变。由由超超形形变变还还派派生生出出了了一一些些出出乎乎人人们们预预料料的的新新现现象象，如如超超形形变变全全同同带带，超超形形变变的的C4C4对对称称等等。为为什什么么会会出出现现这这样样的的现现象象呢呢？一一时时间间众众说说纷纷纭纭还还没没有有一一个个明明确确的的结结论论，有有待待于于更更深深入入的的研研究。究。厦宁勺问镁筹

39、眺柱辈汤零望鬼赔正协朱砖奠敦躬少伟措耙少班鸳稍晤宝男原子核高自旋态原子核高自旋态n n n n n 八磁转动与反磁转动八磁转动与反磁转动在在十十几几年年前前，人人们们在在PbPb同同位位素素链链核核中中观观测测到到了了一一系系列列带带内内磁磁偶偶极极跃跃迁迁较较强强的的规规则则转转动动带带。这这些些转转动动带带有有一一个个共共同同的的特特点点，那那就就是是M1M1跃跃迁迁是是十十分分强强的的，而而E2E2跨跨接接跃跃迁迁是是很很弱弱的的，甚甚至至观观测测不不到到，这这样样实实验验提提取取的的带带内内的的约约化化跃跃迁迁B(M1)/B(E2)B(M1)/B(E2)自自然然是是很很大大的的。理理论

40、论计计算算表表明明很很大大的的B(M1)/B(E2)B(M1)/B(E2)值值对对应应的的原原子子核核应应该该是是有有很很小小的的形形变变，即即是是近近球球形形核核。但但是是，在在当当时时对对于于一一个个近近球球形形核核出出现现类类似似于于形形变变核核的的规规则则转转动动带带结结构构是是不不被被人人们们所所接接受受的的。时时至至今今日日这这样样的的M1M1带带已已经经得得到到了了满满意意的的解解释释，它它对对应应于于一一个个新新的的原原子子核核激激发发模模式式磁磁转转动动带带。迄迄今今为为止止磁磁转转动动带带已已在在好好几几个个核核区区得得到到了了普普遍遍的的观观测测，主主要要集集中中在在奇奇

41、A A核核和和偶偶偶偶核核中中，奇奇奇奇核核中中很很少少观观测测到到这这样样的的磁磁转转动动带带。在在本本文文重重点点研研究究的的130130核核区区，好好几几个个原原子子核核也也观观测测到到这这样样的的磁磁转转动动带带。但但是是与与其其他他核核区区不不尽尽相相同同的的是是，在在130130核核区区这这样样的的转转动动带带一一般般都都有有相相对对较较大大的的四四极极形形变变值值( (0.2)0.2)，这这就就不不得得不不使使人人们们产产生生怀怀疑疑，这这样样的的转转动动带带是是应应该该理理解解为为磁磁转转动动带带还还是是通通常常的的高高K K转转动动带带呢呢？显显然然总总结结B(M1)B(M1

42、)随随自自旋旋的的变变化化关关系系可可以以回回答答这这样样的问题，这需要借助寿命测量和在更多的原子核中观测到磁转动带。的问题，这需要借助寿命测量和在更多的原子核中观测到磁转动带。名阴择戏杯晨伯辅嚏似降祷喻沦部撇乾挫坏爷颓企秦姿洁醇粳豆沿剥砍枫原子核高自旋态原子核高自旋态n n n n n 八磁转动与反磁转动八磁转动与反磁转动反反磁磁转转动动与与磁磁转转动动相相类类似似同同样样是是发发生生在在近近球球形形原原子子核核中中，处处在在高高J J轨轨道道的的两两个个空空穴穴性性的的价价质质子子角角动动量量方方向向相相反反，而而且且都都与与粒粒子子性性的的价价中中子子角角动动量量方方向向垂垂直直，随随着

43、着转转动动频频率率的的加加快快，两两个个质质子子的的角角动动量量方方向向是是向向中中子子角角动动量量方方向向靠靠拢拢的的，这这就就好好像像两两把把剪剪刀刀在在合合拢拢，两两把把剪剪刀刀的的磁磁矩矩方方向向是是相相反反排排列列的的，因因此此磁磁矩矩会会减减小小甚甚至至消消失失，故故称称为为反反磁磁转转动动。目目前前为为止止，只只在在100100区区的的106106Cd47Cd47和和100100Pd48Pd48等等少少数数几几个个核核中中观观测测到到了了这这种种反反磁磁转转动动带带。由由于于反反磁磁转转动动与与磁磁转转动动产产生生条条件件几几乎乎是是相相同同的的，因因此在此在130130核区的原

44、子核中观测到反磁转动带也是值得期待的。核区的原子核中观测到反磁转动带也是值得期待的。萎天证麦爬谜腰颁蛊醒夏乔近谱补秒救步彭锐勾奄靳矛汉证婚概沤慢麦屑原子核高自旋态原子核高自旋态n n n n n 九手征双重带九手征双重带早早在在2020世世纪纪6060年年代代，理理论论物物理理学学家家就就预预言言了了原原子子核核可可以以有有稳稳定定的的三三轴轴形形变变，即即非非轴轴对对称称形形变变。但但是是在在实实验验找找到到直直接接的的证证据据是是很很困困难难的的。虽虽然然旋旋称称和和约约化化跃跃迁迁随随自自旋旋的的一一些些变变化化关关系系可可能能与与原原子子核核的的三三轴轴形形变变有有关关，但但这这些些效

45、效应应在在轴轴对对称称的的情情况况也也均均能能得得到到再再现现，显显然然不不能能作作为为确确切切的的证证据据。现现如如今今实实验验物物理理学学家家已已经经找找到到了了两两个个确确切切的的证证据据可可以以证证明明三三轴轴形形变变稳稳定定存存在在，那那就就是是手手征征双双重重带带(chiral (chiral twin twin bands)49bands)49和和摇摇摆模式摆模式(wobbling mode)(wobbling mode)。摇摇摆摆模模式式主主要要发发生生在在160160区区，而而手手征征双双重重带带则则在在130130区区最最先先发发现现，并并得得到到了了陆陆续续观观测测形形成

46、成了了一一个个以以134134PrPr为为中中心心的的手手征征双双重重带带岛岛，最最近近在在100100区区和和190190区区也也有有手手征征双双重重带带的的实实验验报报道道。时时至至今今日日手手征征双双重重带带已已经经作作为为高高自自旋旋态态核核结结构构的的一一个个普普遍遍现现象象被被人人们们广广泛泛的的接接受受，但但是是什什么么样样的的带带才才能能够够定定义义为为手手征征双双重重带带，也也就就是是说说手手征征双双重重带带的的判判据据是是什什么么？仍仍然然不不是是很很清清楚楚。最最近近物物理理学学家家们们也也做做了了一一些些尝尝试试，提提出出了了3 3条条手手征征双双重重带带的的判判据据，

47、但但是是我我们们注注意意到到这这些些判判据据有有的的并并不不能能在在130130核核区区的的一一些些手手征征双双重重带带中中得得到到再再现现，解解释释这这样样的的分分歧歧并并揭揭示示其其背背后后的的物物理理机机制制需需要理论和实验物理学家的共同努力。要理论和实验物理学家的共同努力。 砚盖糟飞嚣贺毗称盟缄妓呢羔味拒棵吭诬通冈骋估泌言弗谩疲酌粉返整帛原子核高自旋态原子核高自旋态n n n n n 实验数据的处理实验数据的处理1.建立符合矩阵. 原子核处于高自旋态，退激发射r射线。由很多高分辨率探测器探测到，进行符合。级联的信号只要被两个以上的探头探测到，必定满足符合关系。而非级联信号则不易产生符合

48、信号，除非偶然符合。（实验时有很多注意的地方，比如用反康符合减小本底，以及电子线路的分辨时间控制等.） 将实验得到的符合事件文件中探测器道址转换为相应的能量。二维 - 符合矩阵的矩阵元 1, 2纪录的是x轴对应能量 1的跃迁和y轴对应能量 2跃迁发生符合的事件总数。泅旺鼻衔矣束使探轧耗饭刑逐肘阁斡格贿谣柳榆里练戎逾撑枕目澈妆俩箕原子核高自旋态原子核高自旋态n n n n n 2.建立投影谱及本底谱。 将符合矩阵在任一轴上“投影”即得到投影谱。样琐妆粥练聘几荷是砚百雹差酉雾标尖滩赖撂恢触播啊荒县怎父赃寻纪在原子核高自旋态原子核高自旋态n n n n n 3.建立符合谱。 在符合矩阵某一轴上的某一能量范围，另一轴上对每道计数求和，得到门谱。表示该“开门”能量跃迁和跃迁有符合关系的事件数总和。4.建立核的能级和级连跃迁图 对门谱反复比较，确定跃迁的级联关系、跃迁强度和能级图（和理论相结合进行比较）。 例如确定一个转动谱。烽攒脓笆帜朗谬郑畜概碧胰绿烘亢俄氏一磁碌纠纫藐西隧缴阂清酉锭匣层原子核高自旋态原子核高自旋态