Universität zu Köln

Diel, Felix (2019). Spin-Isospin Structure Investigation via στ-type Transitions starting from 64Zn. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Atomic nuclei with the same mass number A, but different isospin projection Tz (isobars), exhibit a similar structure of states. Additionally, similar transition strengths are observed for the transitions which connect these states. This isospin symmetry structure is a direct result of the charge independence of the nuclear force. In the present work, we investigated the isospin symmetry structure of the isospin multiplet around 64Zn, which consists of 64Zn and its isobaric neighbors 64Ga and 64Cu. For that purpose, we combined the results of a 64Zn(p,p')64Zn, a 64Zn(3He,t)64Ga, and a 64Zn(d,2He)64Cu experiment. In these experiments, Spin-M1 (M1σ), β- type Gamow-Teller (GT), and β+ type Gamow-Teller transitions are the predominantly induced transitions, respectively. These transitions have the same στ-type nature. For that reason, they are the ideal tools to probe the spin and isospin symmetry structure of the isospin multiplet in question. Because the results of the 64Zn(3He,t)64Ga and the 64Zn(d,2He)64Cu experiments were already available, the major concern of this work is the analysis of the 64Zn(p,p')64Zn experiment. The 64Zn(p,p')64Zn experiment was performed at 200 MeV and small scattering angles, including 0 degree, at the high-resolution facility of iThemba LABS in Cape Town, South Africa. To allow a level-by-level comparison with the other experiments, we aimed for a high energy resolution. Through the application of beam-matching techniques to the spectrometer system, we were able to achieve an energy resolution of 35 keV (FWHM). This allowed us to resolve isolated states, even in the region of high level density, up to an excitation energy of about 13 MeV. For the first time, states up to such high excitation energies were observed in 64Zn with this excellent precision. We selected the states excited by Spin-M1 transitions by their characteristic angular distribution. The strength of the transitions to these states was calculated assuming a good proportionality between the cross sections and B(M1 ) values. We compared the 64Zn(p,p')64Zn, the 64Zn(3He,t)64Ga, and the 64Zn(d,2He)64Cu spectra using a level-by-level approach. In this way, we were able to identify the isospin of the excited states by a) their existence and non-existence in the respective spectra, and b) the relative strength of the transitions to these states. In addition, we compared our results with Shell-Model (SM) calculations and found a reasonable agreement for states with small excitation energies. At larger energies, the SM calculations significantly overestimated the strength distribution observed experimentally.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Atomkerne mit gleicher Massenzahl A und verschiedener Isospinprojektion Tz (Isobare) weisen eine ähnliche Struktur von Zuständen auf. Darüber hinaus werden ähnliche Übergangsstärken für die Übergange beobachtet, die diese Zustände verbinden. Diese Isospin-Symmetrie-Struktur ist ein direktes Ergebnis der Ladungsunabhängigkeit der Nukleon-Nukleon Wechselwirkung. In der vorliegenden Arbeit untersuchen wir die Isospin-Symmetrie-Struktur des Isospin-Multipletts um 64Zn, welches aus 64Zn selbst und seinen isobaren Nachbarn 64Ga und 64Cu besteht. Zu diesem Zweck haben wir die Ergebnisse eines 64Zn(p,p')64Zn, eines 64Zn(3He,t)64Ga und eines 64Zn(d,2He)64Cu Experiments kombiniert. In diesen Experimenten werden jeweils Spin-M1 (M1σ), β- artige Gamow-Teller (GT) und β+ artige Gamow-Teller- Übergänge induziert. Diese Übergänge sind von gleicher στ-artiger Natur. Aus diesem Grund sind sie die idealen Werkzeuge, um die Spin- und Isospin-Symmetrie-Struktur des jeweiligen Isospin-Multipletts zu untersuchen. Da die Ergebnisse der 64Zn(3He,t)64Ga und der 64Zn(d,2He)64Cu Experimente bereits vorlagen, liegt das Hauptaugenmerk dieser Arbeit auf der Analyse des 64Zn(p,p')64Zn Experiments. Das 64Zn(p,p')64Zn-Experiment wurde bei 200 MeV und kleinen Streuwinkeln einschließlich 0 Grad an den iThemba LABS in Kapstadt, Südafrika durchgeführt. Um den direkten Vergleich mit Zuständen, die in den anderen Experimenten gemessen wurden zu ermöglichen, wurde eine hohe Energieauflösung angestrebt. Durch die Anwendung von Strahlanpassungstechniken auf das Spektrometersystem konnten wir eine Energieauflösung von 35 keV erreichen. Dadurch konnten wir isolierte Zustände auch in Bereichen mit hoher Leveldichte bis zu einer Anregungsenergie von etwa 13 MeV auflösen. Zum ersten Mal wurden Zustände in 64Zn mit dieser Genauigkeit bis zu so hohen Anregungsenergien beobachtet. Zustände, die von Spin-M1-Übergängen angeregt wurden, konnten durch ihre charakteristische Winkelverteilung identifiziert werden. Die Stärke der Übergänge zu diesen Zuständen wurde unter der Annahme einer Proportionalität zwischen Wirkungsquerschnitten und B(M1σ) Werten berechnet. Zustände im 64Zn(p,p')64Zn, im 64Zn(3He,t)64Ga und im 64Zn(d,2He)64Cu-Spektrum wurden in einem Eins zu Eins Verfahren verglichen. Auf diese Weise konnten wir den Isospin der angeregten Zustände durch a) ihre Existenz und Nicht-Existenz in den jeweiligen Spektren und b) die relative Stärke der Übergänge zu diesen Zuständen identifizieren. Darüber hinaus haben wir unsere Ergebnisse mit Schalenmodell (SM)-Berechnungen verglichen und eine annehmbare Übereinstimmung für Zustände mit kleinen Anregungsenergien gefunden. Bei größeren Energien überschätzen die SM-Berechnungen die experimentell beobachtete Übergangsstärkenverteilung allerdings deutlich. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Diel, Felix felixdiel88@gmail.com UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-98477
Date:	11 March 2019
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 nuclear structure English isospin English magnetic spectrometer English
Date of oral exam:	3 May 2019
Referee:	Name Academic Title Jolie, Jan Prof. Dr. Zilges, Andreas Prof. Dr.
Funders:	Deutsche Forschungsgesellschaft (DFG)
Projects:	Grant Nr. J0 391/17-1
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/9847