Universität zu Köln

Müller-Gatermann, Claus ORCID: 0000-0002-9181-5568 (2020). Nuclear structure of neutron-deficient nuclei in the mass region A 180. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

To describe the nuclear structure of one or a group of nuclei several observables should be consulted. The excitation energies of states with given spin and parity is often known and gives a good first impression. Nevertheless transition strengths of excited states are a much better probe, since they depend quadratically on the wavefunction. These can be determined in a model-independend way from the corresponding level lifetime. Within this work a total of four experiments were performed to measure the lifetime of excited states in 180Pt and 178Hg. In the neutron-deficient mass region close to the shell closure at lead (Z=82) interesting phenomena such as shape coexistence and shape transitions are observed. The most prominent example is 186Pb, which exhibits three different shapes. The ground state as well as two excited 0+ states together with the corresponding rotational bands are associated to multiparticle-multihole excitations resulting in the different shapes. A similar situation is established for the Hg isotopes near the neutron N=104 midshell, where the lightest isotope for which transition strengths are known is 180Hg. Going further away from the shell closure the 176,178,180Os isotopes are good candidates for the X(5) symmetry, i.e. the transition from spherical to axially deformed. Two questions arise: How can the Pt isotopes just between Os and Hg be described and what is the evolution of shape coexistence in the Hg isotopes leaving neutron midshell? Both questions are addressed within this thesis. 180Pt shows no remains of a X(5) like shape transition and multiparticle-multihole excitations are evident. This structure reaches the ground state and a new so-called island of inversion is found. This simultaneously answers the longlasting question whether configuration mixing is needed to describe the Pt isotopes or not. From the excitation energies 178Hg is expected to be at the edge of the shape-coexistence region. The measured transition strengths confirm the shift of the structure with different shape to higher-lying states, but also a new phenomenon of intermediate deformation (between normal and superdeformation) shows up with decreasing neutron number. The interpretation is given by comparison to several existing calculations as well as particular calculations using geometrical models and the interacting boson model. The experiments were carried out at different accelerator facilities employing the recoil distance Doppler-shift (RDDS) method, except one experiment when electronic-timing techniques were used to measure long lifetimes. Further a dedicated plunger apparatus was commissioned during one experiment. The GALILEO -ray spectrometer is the successor of GASP, which necessitated a completely new mechanical design of the plunger. This fragile device newly allows the combination with charged-particle detectors, e.g. EUCLIDES.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Um die Kernstruktur eines oder mehrerer Kerne zu beschreiben, sollten mehrere Observablen herangezogen werden. Die Anregungsenergien von Zuständen mit gegebenem Spin und Parität sind oft bekannt und liefern einen guten ersten Eindruck. Übergangsstärken von angeregten Zuständen liefern eine bessere Aussage, da sie quadratisch von der Wellenfunktion abhängen. Diese können modellunabhängig aus korrespondierenden Zustandslebensdauern bestimmt werden. Innerhalb dieser Arbeit wurden insgesamt vier Experimente durchgeführt, um die Lebensdauer von angeregten Zuständen in 180Pt und 178Hg zu messen. Im neutronenarmen Massenbereich am Schalenverschluss bei Blei (Z = 82) werden interessante Phänomene wie Formkoexistenz und Formübergänge beobachtet. Das prominenteste Beispiel ist 186Pb, das drei verschiedene Formen aufweist. Der Grundzustand sowie zwei angeregte 0+-Zustände zusammen mit den entsprechenden Rotationsbanden können Teilchen-Loch-Anregungen zugeordnet werden, die zu den verschiedenen Formen führen. Eine ähnliche Situation ergibt sich für die Hg-Isotope in der Nähe der Schalenmitte für Neutronen bei N = 104, das leichteste Isotop, für das Übergangsstärken bekannt sind, ist 180Hg. Entfernt man sich vom Schalenabschluss, sind die 176,178,180Os-Isotope gute Kandidaten für die X(5)-Symmetrie, bzw. dem Übergang von sphärisch zu axial deformierten Kernen. Es stellen sich zwei Fragen: Wie können die Pt-Isotope zwischen Os und Hg beschrieben werden und wie ist die Entwicklung der Formkoexistenz in den Hg-Isotopen jenseits der Schalenmitte? Beide Fragen werden in dieser Arbeit diskutiert. 180Pt zeigt keine Eigenschaften eines X(5)-ähnlichen Formübergangs und Teilchen-Loch-Anregungen spielen eine entscheidende Rolle. Diese Struktur erreicht den Grundzustand und eine neue sogenannte “island of inversion” wurde gefunden. Dies beantwortet gleichzeitig die langjährige Frage, ob es erforderlich ist veschiedene Konfigurationen zu mischen, um die Pt-Isotope zu beschreiben oder nicht. Aus den Anregungsenergien in 178Hg liegt der Kern voraussichtlich am Rande der Form-Koexistenz-Region. Die gemessenen Übergangsstärken bestätigen, dass sich die Struktur mit unterschiedlicher Form zu höher liegenden Zuständen verschiebt. Es tritt jedoch mit abnehmender Neutronenzahl ein neues Phänomen auf, es bildet sich eine mittlere Deformation (zwischen normaler und Superdeformation) aus. Die Interpretation erfolgt durch den Vergleich mit mehreren vorhandenen Rechnungen sowie eigenen Berechnungen unter Verwendung geometrischer Modelle und des Interacting Boson Modells. Die Experimente wurden an verschiedenen Beschleunigeranlagen mittels der Recoil Distance Doppler- Shift Methode (RDDS) durchgeführt, lediglich bei einem Experiment zur Messung von langen Lebensdauern wurde elektronisches Timing zur Messung verwendet. Ferner wurde während eines Experiments ein dedizierter Plunger getestet und in Betrieb genommen. Das GALILEO-Spektrometer ist der Nachfolger von GASP und erforderte ein völlig neues mechanisches Design des Plungers. Die fragile Konstruktion ermöglicht erstmalig die Kombination mit Teilchendetektoren wie z.B. EUCLIDES. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Müller-Gatermann, Claus cmgater@ikp.uni-koeln.de orcid.org/0000-0002-9181-5568 UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-104679
Date:	January 2020
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Physics > Institute for Nuclear Physics
Subjects:	Physics
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Recoil distance Doppler-shift method English lifetimes of excited nuclear states English 180Pt, 178Hg English
Date of oral exam:	20 September 2019
Referee:	Name Academic Title Dewald, Alfred Prof. Dr. Reiter, Peter Prof. Dr. Herzberg, Rolf-Dietmar Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/10467