Präzisionsmessungen der Entwicklung des mittleren quadratischen Ladungsradius entlang von Isotopenreihen bieten einzigartige Einblicke in die Kernschalenstruktur, kollektive Phänomene und die zugrunde liegenden Kräfte. Kollektive Kerneigenschaften sind in Kernen mit offenen Schalen in der Regel verstärkt und in der Nähe von abgeschlossenen Kernschalen deutlich reduziert. Die Zinn-Isotopenreihe mit ihrer abgeschlossenen Protonenschale bei Z = 50 ist von besonderer Bedeutung. Derzeit bietet sie eine lange Reihe von Isotopen, die für Untersuchungen zur Verfügung stehen und sich über die wichtigen Neutronenschalenabschlüsse bei N = 50 und N = 82 erstrecken. Diese einzigartige Landschaft macht die Zinnreihe zu einem fruchtbaren Testfeld für die Entwicklung theoretischer Ab-initio-Modelle. Während die doppelt magische Natur von 132Sn (Z = 50 und N = 82) experimentell gut belegt ist, liegen deutlich weniger Daten vor, um die Entwicklung der Eigenschaften der Kernstruktur vom mittleren Bereich zwischen den beiden magischen Neutronenzahlen bis hinunter zum doppelt magischen 100Sn (Z = 50 und N = 50) zu verstehen.
In einem kürzlich in Physical Review Letters veröffentlichten Artikel präsentieren die COLLAPS- und CRIS-Kollaborationen an ISOLDE-CERN in Genf Messungen der Kernladungsradien der Zinnisotope 104–134Sn unter Verwendung zweier kollinearer Laserspektroskopietechniken. Die neutronenarmen Isotope bis hinunter zu 104Sn wurden mit dem kollinearen Resonanzionisationsspektroskopie-Aufbau (CRIS) untersucht, während die neutronenreichen Isotope bis hinauf zu 134Sn mit dem kollinearen Laserspektroskopie-Experiment (COLLAPS) gemessen wurden. Die Messkampagnen erweitern somit die verfügbaren Daten um vier Zinnisotope auf der neutronenarmen Seite 104–107Sn und das Zinnisotop 133Sn im neutronenreichen Bereich. Diese Messungen verdeutlichen den bogenförmigen Trend der Ladungsradien entlang der Zinn-Isotopenreihe und zeigen ein "Odd-Even-Staggering" – d. h. eine Zunahme oder Abnahme der Ladungsradien beim Wechsel zwischen ungeraden und geraden Neutronenzahlen –, welches in der Nähe der Schalenabschlüsse N = 50 und N = 82 stärker ausgeprägt ist.
Die gemessenen Ladungsradien von 104–134Sn werden unter Verwendung von ab initio Valenzraum-in-Medium-Ähnlichkeits-Renormierungsgruppen (VS-IMSRG) Berechnungen sowie der nuklearen Dichtefunktionaltheorie (DFT) interpretiert. Die beobachteten lokalen Trends lassen sich sowohl mit VS-IMSRG als auch mit DFT gut beschreiben. Beide Ansätze sind in der Lage, das allgemeine Verhalten der Ladungsradien zu beschreiben. Die allgemeinen Merkmale lassen sich in der Nähe der Schalenabschlüsse besser vorhersagen. Beide Theorien sagen nennenswerte Beiträge zu den Ladungsradien der neutronenarmen Zinnisotope voraus, die über Mean-Field-Korrelationen hinausgehen. Die Modelle sind jedoch nicht in der Lage, das beobachtete “Odd-Even-Staggering” im mittleren Bereich zwischen den beiden magischen Neutronenzahlen und die Größe der bekannten elektrischen Quadrupol-Übergangswahrscheinlichkeiten B(E2) zu reproduzieren. Dies unterstreicht die verbleibenden Herausforderungen bei der Erreichung einer einheitlichen Beschreibung sowohl der Grundzustandseigenschaften als auch der kollektiven Phänomene.
Weitere Informationen finden Sie im Physical Review Letters Artikel.
Originalpublikation:
Charge Radii Measurements of Exotic Tin Isotopes in the Proximity of N = 50 and N = 82
F. P. Gustafsson, L. V. Rodríguez, R. F. Garcia Ruiz, T. Miyagi, S. W. Bai, D. L. Balabanski, C. L. Binnersley, M. L. Bissell, K. Blaum, B. Cheal, T. E. Cocolios, G. J. Farooq-Smith, K. T. Flanagan, S. Franchoo, A. Galindo-Uribarri, G. Georgiev, W. Gins, C. Gorges, R. P. de Groote, H. Heylen, J. D. Holt, A. Kanellakopoulos, J. Karthein, S. Kaufmann, Á. Koszorús, K. König, V. Lagaki, S. Lechner, B. Maass, S. Malbrunot-Ettenauer, W. Nazarewicz, R. Neugart, G. Neyens, W. Nörtershäuser, T. Otsuka, P.-G. Reinhard, N. Rondelez, E. Romero-Romero, C. M. Ricketts, S. Sailer, R. Sánchez, S. Schmidt, A. Schwenk, S. R. Stroberg, N. Shimizu, Y. Tsunoda, A. R. Vernon, L. Wehner, S. G. Wilkins, C. Wraith, L. Xie, Z. Y. Xu, X. F. Yang, and D. T. Yordanov
Phys. Rev. Lett. 135, 222501 (2025)
DOI: https://doi.org/10.1103/wbdx-k3cd
Weblinks:
COLLAPS Website (ISOLDE-CERN)
CRIS Website (ISOLDE-CERN)
COLLAPS-Seite der Abteilung Blaum am MPIK
Gruppe von A. Schwenk an der TU Darmstadt
