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Lifetime measurement of the yrast 2⁺ state of ¹⁹⁰W

Sahin, Elif (2023)
Lifetime measurement of the yrast 2⁺ state of ¹⁹⁰W.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00024403
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

Kurzbeschreibung (Abstract)

Over the past decades, studies of nuclear structure have led to numerous experiments aimed at understanding the properties of the nucleus. One of the main challenges of this field is the investigation of exotic nuclei, which are characterized by a large excess of neutrons or protons, and are located far from the stability line. To carry out this investigation, experimental techniques capable of producing and detecting these exotic nuclei are required. At the GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Germany, the DESPEC setup has been utilized to conduct important nuclear structure studies on exotic nuclei. This setup, in combination with the high-intensity primary beams available at GSI, has provided significant opportunities for the investigation of these exotic nuclei. In March 2021, an experiment was conducted at GSI where isotopes of interest were generated through the fragmentation of a primary ²⁰⁸Pb beam with an energy of 1 GeV/u directed at a ⁹Be target. The final products were then identified on an event-by-event basis in the FRS based on their proton number (Z) and mass-to-charge ratio (A/Q), and they were implanted in the DESPEC setup. To further investigate the nuclear structure of these exotic nuclei, measuring the lifetime of excited nuclear states was performed. The measurement was carried out using 36 ultra-fast LaBr₃(Ce) detectors from the FATIMA setup. This setup, through a fast-timing technique, enables the hard-to-reach short-lifetime values of those excited states. This work presents a new isomeric lifetime measurement for ¹⁹⁰W. Additionally, we obtained the lifetime of the first 2⁺ state of ¹⁹⁰W for the first time using the generalized centroid difference method. In view of the systematic behavior of the R₄₂ , B₂₂ , and B(E2) values, the known spectroscopic data on ¹⁹⁰W matches the predictions for γ-softness. These experimental results have been compared to new theoretical calculations obtained within the interacting boson model (IBM-2). Both experimental and theoretical results agree that the known spectroscopic data on ¹⁹⁰W matches the predictions for the most γ-soft, O(6)-like isotope in the tungsten isotopic chain, approaching the N=126 shell closure. Overall, our study provides new insights into the nuclear structure of exotic nuclei and highlights the importance of advanced experimental techniques in this field.

Typ des Eintrags: Dissertation
Erschienen: 2023
Autor(en): Sahin, Elif
Art des Eintrags: Erstveröffentlichung
Titel: Lifetime measurement of the yrast 2⁺ state of ¹⁹⁰W
Sprache: Englisch
Referenten: Pietralla, Prof. Dr. Norbert ; Aumann, Prof. Dr. Thomas
Publikationsjahr: 2023
Ort: Darmstadt
Kollation: ix, 147 Seiten
Datum der mündlichen Prüfung: 17 Juli 2023
DOI: 10.26083/tuprints-00024403
URL / URN: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/24403
Kurzbeschreibung (Abstract):

Over the past decades, studies of nuclear structure have led to numerous experiments aimed at understanding the properties of the nucleus. One of the main challenges of this field is the investigation of exotic nuclei, which are characterized by a large excess of neutrons or protons, and are located far from the stability line. To carry out this investigation, experimental techniques capable of producing and detecting these exotic nuclei are required. At the GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Germany, the DESPEC setup has been utilized to conduct important nuclear structure studies on exotic nuclei. This setup, in combination with the high-intensity primary beams available at GSI, has provided significant opportunities for the investigation of these exotic nuclei. In March 2021, an experiment was conducted at GSI where isotopes of interest were generated through the fragmentation of a primary ²⁰⁸Pb beam with an energy of 1 GeV/u directed at a ⁹Be target. The final products were then identified on an event-by-event basis in the FRS based on their proton number (Z) and mass-to-charge ratio (A/Q), and they were implanted in the DESPEC setup. To further investigate the nuclear structure of these exotic nuclei, measuring the lifetime of excited nuclear states was performed. The measurement was carried out using 36 ultra-fast LaBr₃(Ce) detectors from the FATIMA setup. This setup, through a fast-timing technique, enables the hard-to-reach short-lifetime values of those excited states. This work presents a new isomeric lifetime measurement for ¹⁹⁰W. Additionally, we obtained the lifetime of the first 2⁺ state of ¹⁹⁰W for the first time using the generalized centroid difference method. In view of the systematic behavior of the R₄₂ , B₂₂ , and B(E2) values, the known spectroscopic data on ¹⁹⁰W matches the predictions for γ-softness. These experimental results have been compared to new theoretical calculations obtained within the interacting boson model (IBM-2). Both experimental and theoretical results agree that the known spectroscopic data on ¹⁹⁰W matches the predictions for the most γ-soft, O(6)-like isotope in the tungsten isotopic chain, approaching the N=126 shell closure. Overall, our study provides new insights into the nuclear structure of exotic nuclei and highlights the importance of advanced experimental techniques in this field.

Alternatives oder übersetztes Abstract:
Alternatives AbstractSprache

In den letzten Jahrzehnten haben Studien zur Kernstruktur zu zahlreichen Experimenten geführt, die darauf abzielen, die Eigenschaften des Atomkerns zu verstehen. Eine der Hauptaufgaben dieses Bereichs ist die Untersuchung exotischer Kerne, die durch einen großen Überschuss an Neutronen oder Protonen gekennzeichnet sind und weit entfernt von der Stabilitätsgrenze liegen. Um diese Untersuchung durchzuführen, sind experimentelle Techniken erforderlich, die in der Lage sind, diese exotischen Kerne zu erzeugen und nachzuweisen. Am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH in Deutschland wurde das DESPEC-Setup genutzt, um wichtige Untersuchungen zur Kernstruktur exotischer Kerne durchzuführen. Dieses Setup bietet in Verbindung mit den hochintensiven Primärstrahlen, die am GSI zur Verfügung stehen, bedeutende Möglichkeiten für die Untersuchung dieser exotischen Kerne. Im März 2021 wurde an der GSI ein Experiment durchgeführt, bei dem interessierende Isotope durch die Fragmentierung eines primären ²⁰⁸Pb-Strahls mit einer Energie von 1 GeV/u auf ein ⁹Be-Target erzeugt wurden. Die Endprodukte wurden anschließend im FRS auf Ereignisbasis anhand ihrer Protonenzahl (Z) und ihres Massen-zu-Ladungs-Verhältnisses (A/Q) identifiziert und im DESPEC-Setup implantiert. Um die Kernstruktur dieser exotischen Kerne weiter zu untersuchen, wurde die Messung von Lebensdauern angeregter Kernzustände durchgeführt. Die Messung erfolgte unter Verwendung von 36 ultraschnellen LaBr₃(Ce)-Detektoren aus dem FATIMA-Setup. Dieses Setup ermöglicht durch eine schnelle Zeitmessung die Lebensdauerbestimmung von kurzlebigen angeregten Zuständen, die sonst schwer zu erreichen sind. Diese Arbeit präsentiert eine neue Messung der isomeren Lebensdauer von ¹⁹⁰W. Des Weiteren wurde zum ersten Mal die Lebensdauer des ersten 2⁺-Zustands von ¹⁹⁰W unter Verwendung der generalisierten Methode der Schwerpunkt-Differenzen ermittelt. Angesichts des systematischen Verhaltens der R₄₂-, B₂₂- und B(E2)-Werte stimmen die bekannten spektroskopischen Daten von 190W mit den Vorhersagen für γ-Weichheit überein. Diese experimentellen Ergebnisse wurden mit neuen theoretischen Berechnungen im Rahmen des Interacting Boson Models (IBM-2) verglichen. Sowohl die experimentellen als auch die theoretischen Ergebnisse stimmen darin überein, dass die bekannten spektroskopischen Daten von ¹⁹⁰W mit den Vorhersagen für das am stärksten γ-weiche, O(6)-ähnliche Isotop in der Wolfram Isotopenkette verträglich sind, bei Annäherung an den Schalenabschluss bei N=126. Insgesamt liefert unsere Studie neue Einblicke in die Kernstruktur von exotischen Kernen und betont die Bedeutung fortschrittlicher experimenteller Techniken in diesem Bereich.

Deutsch
Status: Verlagsversion
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-244035
Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC): 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
Fachbereich(e)/-gebiet(e): 05 Fachbereich Physik
05 Fachbereich Physik > Institut für Kernphysik
05 Fachbereich Physik > Institut für Kernphysik > Experimentelle Kernphysik
05 Fachbereich Physik > Institut für Kernphysik > Experimentelle Kernphysik > Experimentelle Kernstrukturphysik, Radioaktive Ionenstrahlen
05 Fachbereich Physik > Institut für Kernphysik > Experimentelle Kernphysik > Experimentelle Kernstruktur und S-DALINAC
Hinterlegungsdatum: 15 Aug 2023 12:03
Letzte Änderung: 08 Okt 2024 11:36
PPN:
Referenten: Pietralla, Prof. Dr. Norbert ; Aumann, Prof. Dr. Thomas
Datum der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: 17 Juli 2023
Export:
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