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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
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El paisaje nuclear
neutrones
prot
ones
~ 300 núcleos
estables
~1000 núcleos conocidos
miles de núcleos aún no conocidos “terra incognita”
números mágicos
Porque queremos estudiar mas y mas núcleos mejor y mejor ???
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La 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 2f7/2
1h9/2 1i´13/2
3p3/2 2f5/2
3p1/2
harm. osc. + l*s + l2
Hamiltonian:
Eigenwerte:
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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
ωrot ~ ωvib ~ ωSP
interacciones !
Interés especial de la física nuclear !
j1 →
j2 →
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Er90 68 158 Gd83
147 64
núcleo deformado bandas rotacionales regulares
(movimiento colectivo)
0+ 7/2-
ener
gía
de e
xcita
ción
[MeV
]
núcleo esférico estructuras irregulares
(excitación de núcleons individuales)
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EUROBALL
Núcleos en condiciones exóticas: Alto espín, alta energía de excitación, alta temperatura
152Dy
estados no colectivos
bandas triaxiales
bandas superdeformados
Gammasphere
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El paisaje nuclear
neutrones
prot
ones
~ 300 núcleos
estables
~1000 núcleos conocidos
miles de núcleos aún no conocidos “terra incognita”
números mágicos
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números mágicos
número de neutrones
núm
ero
de p
roto
nes
El tamaño nuclear y las distribuciones de densidades
12 fm
208Pb
7 fm
48Ca
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
a=0.54 fm
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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 !
estable
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Nuevos modos de excitación: la resonancia Pygmy
Intensidad dipolar E1 en núcleos atómicos:
excitación de dos fonones
resonancia dipolar gigante
resonancia dipolar Pygmy (Pigmea)
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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
p
Na
A
radi
o [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 !
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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 2f7/2
1h9/2 1i´13/2
3p3/2 2f5/2
3p1/2
harm. osc. + l*s + l2
Hamiltonian:
Eigenwerte:
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N=20 y la “isla de inversión” 40Ca
N=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 intrusa
Figura consistente gracias a la amplia información experimental !
línea de goteo
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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: Predicho en los años 60
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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
Los mejores candidatos
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La idea (2007): Regreso a técnicas fotográficas
PMT
CCD visible light
1 µs/cm
Gate
Optical 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. Nucl. Instr. Meth. A581 (2007) 194
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Radiactividad de dos protones en 45Fe
fragmentación de 58Ni @ 161 MeV/u separador A1900 en el NSCL, MSU (EEUU)
45Fe
CCD foto
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
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Δφ
La correlación angular entre los protones
experimento
teoría
3 cuerpos 2He
ruptura a tres cuerpos
K. Miernik et al., Phys. Rev. Lett. 99 (2007) 192501
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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
24
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El paisaje nuclear
neutrones
prot
ones
~ 300 núcleos
estables
~1000 núcleos conocidos
miles de núcleos aún no conocidos “terra incognita”
números mágicos
halos y pieles de neutrones
cambios en los números mágicos
superdeformación, hiperdeformación, coexistencia de forma, emisión de partículas cargadas desde estados excitados
radiactividad 2p