22-24 march 2004 orsay symmetries along the n z...

26
Silvia M. Lenzi - 8QLYHUVLWj GL3DGRYDDQG,1)1 International Workshop on Physics with AGATA 22-24 March 2004 Orsay Symmetries along the N§Z line ,VRVSLQV\PPHWU\ LVDIXQGDPHQWDOWRSLFLQQXFOHDUSK\VLFV ,WV VOLJKW EUHDNGRZQ PDLQO\ GXH WR WKH &RXORPE ILHOG PDQLIHVWV ZKHQ FRPSDULQJ PLUURU QXFOHL 7KLVFRQVWLWXWHVDQHIILFLHQWREVHUYDWRU\IRUDGLUHFWLQVLJKWLQWRQXFOHDU VWUXFWXUHSURSHUWLHV

Upload: others

Post on 18-Oct-2020

0 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: 22-24 March 2004 Orsay Symmetries along the N Z lineagata.pd.infn.it/documents/orsay2004/lenzi/lenzi.pdf · Silvia M. Lenzi- International Workshop on Physics with AGATA 22-24 March

Silvia M. Lenzi - ��������� ��� �� � ������

International Workshop on Physics with AGATA22-24 March 2004 Orsay

Symmetries along the N�Z line

������������� ��� ����� �� ��������������� ��������������� ������� �� ������� ����� ��� ��� ��� ������ ������ ������� ���� ��� ����������� ����������������������� ��������������� ��������� ������������������������ � ������������������

Page 2: 22-24 March 2004 Orsay Symmetries along the N Z lineagata.pd.infn.it/documents/orsay2004/lenzi/lenzi.pdf · Silvia M. Lenzi- International Workshop on Physics with AGATA 22-24 March

Possible Signatures of Isospin Symmetry Breaking

������������������������ �����������������������

���������������������! ��"����������������������!���"

T = 1

S.M. Lenzi - International Workshop on Physics with AGATA 2

#���� ���������������������� ������������$�%�&������

E1

N=Z

Page 3: 22-24 March 2004 Orsay Symmetries along the N Z lineagata.pd.infn.it/documents/orsay2004/lenzi/lenzi.pdf · Silvia M. Lenzi- International Workshop on Physics with AGATA 22-24 March

Energy differences in the f7/2 shell: MED and TED

'�( ���)*

$������ ������� ������ ������������������������� ���� ����� �� ���������+���+������������������������ ������ �����

T = 1

��� ���

S.M. Lenzi - International Workshop on Physics with AGATA 3

Page 4: 22-24 March 2004 Orsay Symmetries along the N Z lineagata.pd.infn.it/documents/orsay2004/lenzi/lenzi.pdf · Silvia M. Lenzi- International Workshop on Physics with AGATA 22-24 March

Excitation energy differences: MED and TED

����������������� �� ����� ����� ��,�����������������! ��"� ������� ������������!���"� �������� �*

������������� � ����� ����� ������

� ����������� ������������� �������������������������� � �����������

� ��������������!�����"�������������� ������# ��� �����������

)()( ��������� ��� ����

)(2)()( ������������ ���� ������

-���� ��� ������� ��������� ����� ��� �������� ������������������ ����������������������� ��.� �������������+�� ��������� ������ ������.-

S.M. Lenzi - International Workshop on Physics with AGATA 4

Page 5: 22-24 March 2004 Orsay Symmetries along the N Z lineagata.pd.infn.it/documents/orsay2004/lenzi/lenzi.pdf · Silvia M. Lenzi- International Workshop on Physics with AGATA 22-24 March

MED and TED in the shell model framework

�������������� ����������� � ������ ��������!"� ��� � ������� ! "���������

������������ ������ ��������� ∆∆∆

�������� ����� ������ ∆∆

'���������������+�������������������� ����������� ������ ���������������������������������������� ����������� ��������/��� ������ �����������������!.�" �� �������+�� ��������� ��!.-"����� ������

S.M. Lenzi - International Workshop on Physics with AGATA 5

Page 6: 22-24 March 2004 Orsay Symmetries along the N Z lineagata.pd.infn.it/documents/orsay2004/lenzi/lenzi.pdf · Silvia M. Lenzi- International Workshop on Physics with AGATA 22-24 March

Coulomb effects in rotational bands: The Multipole Coulomb (CM) contribution

��������������� ������������������������������������������ ������� ������������������������������ ������!��"#������ �����������������������$����� �

EN EN+ EC jj

���

jj

j

j���

j

j

'��� ��������� ����� �������� ��������,%0 �� ����� �� ������,%1�� ��������������������� ���

Its contribution is significant in rotational nuclei. CM “sees” to the alignment of nucleons.

��� ������� �������!� "������������������ ��� ������� ����� ����������� ������������ ����������� ���/�������������� ������

S.M. Lenzi - International Workshop on Physics with AGATA 6

Page 7: 22-24 March 2004 Orsay Symmetries along the N Z lineagata.pd.infn.it/documents/orsay2004/lenzi/lenzi.pdf · Silvia M. Lenzi- International Workshop on Physics with AGATA 22-24 March

Monopole Coulomb and the drift in radii

������ � �� �����������������*

2�������� �������� �������� ������������ ��� ���� ����/� ������� ��3������� ��������������� ������������������ ��*

����

���)1(

5

3 2 ��

�����

�� �� !�

� )2/3(

)]3()1(2[5.43/1

12/13

�����

�"��#$ � ���"�"��#���%��&'�"����"���((%�)*+,)-�./))/0�"�"��#��� ���� "%%��&'�"����"�1���"�23%�+-/*)/�./))/0��"���� � ��� "%��&'�"����"�1���"���������

����

�� ��

��

�!�44� �

� �� �

1

4

1)(

22

single-particle

��������+� ������������������� ������������ ������������������������������� ������� ������������������������������4�%�51+6�������������7�0������ ������ ������ �� ������������������ � ���������� ���� ���� �����������89:+�����������

S.M. Lenzi - International Workshop on Physics with AGATA 7

Page 8: 22-24 March 2004 Orsay Symmetries along the N Z lineagata.pd.infn.it/documents/orsay2004/lenzi/lenzi.pdf · Silvia M. Lenzi- International Workshop on Physics with AGATA 22-24 March

���� �� ���������!.��"��������������� ����� ���� ������������ �����;9: ����� ���������� ���������� ���� �������������������� ����*

' ������������ ������ ����������89: ���������������+������� ���� ��� �����;9: ��/������� �� ����������+������� ��� larger radius and less Coulomb energy

������

�5�5 �

2

)()(2/32/3 �� �

���

Change of radii along the yrast bands

5�����&���#�6����$�������������&���,7/ ��6��%��� ���������&��4"�"�.�8)0

������������ ���������������� ���������������� 2

)()0(

)0(

1

)(

1

������

���

������ ��� ����������������������������������������#���� � � ������������� �

The value of � is obtained from the experimental data of A=41

�"�"��#��� ���� "%%��&'�"����"�1���"�23%�+-/*)/�./))/0�!�������%"����� ���������&�'�������� �����������������1��9��"�"����� �'���� "%��&'�"�1��� ��-,:%�/-,�.+3320 S.M. Lenzi - International Workshop on Physics with AGATA 8

Page 9: 22-24 March 2004 Orsay Symmetries along the N Z lineagata.pd.infn.it/documents/orsay2004/lenzi/lenzi.pdf · Silvia M. Lenzi- International Workshop on Physics with AGATA 22-24 March

ISB component of the nuclear interaction in A=42

�������������������������.� ���/��������� � ���� �������������.-!�" ���.-!:"

-42381�� ������

-485��5������

-1162481��

����������

estimate VBf7/2 (1) (Isovector)

estimate VBf7/2 (2) (Isotensor)

<�������� �������� ��������%������������4�%�5:�������*

�"��"��#���

22422021

422120

4222 Ca,Sc,Ti

)( 2/7.. $�� �&

�� �

MEDJ= EJ(42Ti) - EJ(

42Ca)

TEDJ = EJ(42Ti) + EJ(

42Ca)-2EJ(

42Sc)

������ ��������

)2()2(2/72/7

)1,42( �$�$ ������� �������� ����������� ��������

)1()1(2/72/7

)1,42( �$�$ ������� ����

�������������������� ����������������������������������������� ���������� ��� ��� ������� ��� ������������������ ��������������� ��� ������

S.M. Lenzi - International Workshop on Physics with AGATA 9

Page 10: 22-24 March 2004 Orsay Symmetries along the N Z lineagata.pd.infn.it/documents/orsay2004/lenzi/lenzi.pdf · Silvia M. Lenzi- International Workshop on Physics with AGATA 22-24 March

The isospin non-conserving nuclear contributions are deduced from the MED and TED in the T = 1, A = 42 triplet data.

To construct an interaction in the whole pf shell we use a multiplicative prescription:

��

�$���$ �� ����� ’2/7

∆∆

�"�"��#���

��$�+�

&���$��

���� ��

�5�5 �������

��� ��� 2

2/7

2/32/3

2

)()(MED ∆∆

��$�/�

&���$�� �� ������ �0

2/7TED ∆∆

keV10021 ��

��������� ����� ��� ���� ��!������������ � ���"���� ��� ������� ���������� ������ ���� ��� �������� ���������� ������������ ��������� ���������89: �����

MED and TED in the full fp shell model calculation

S.M. Lenzi - International Workshop on Physics with AGATA 10

Page 11: 22-24 March 2004 Orsay Symmetries along the N Z lineagata.pd.infn.it/documents/orsay2004/lenzi/lenzi.pdf · Silvia M. Lenzi- International Workshop on Physics with AGATA 22-24 March

Mirror Energy Differences in A=49

Cr)(EMn)(EMED 4949��� ��

= �� ������

�$������ �

.�

.-

2 � ������� ���� �����

�������"�"��#���%�;"�"�1��5�%�<"�� �����5=����� ���"������%��&'�"����"�1���"�23%�+-/*)/�./))/0�

����� �"�"����� �'���� "%��&'�"�1���"���-,:%�/-,�.+3320

������� ������� ��������� � ���������������

S.M. Lenzi - International Workshop on Physics with AGATA 11

Page 12: 22-24 March 2004 Orsay Symmetries along the N Z lineagata.pd.infn.it/documents/orsay2004/lenzi/lenzi.pdf · Silvia M. Lenzi- International Workshop on Physics with AGATA 22-24 March

MED along rotational bands in 7/2-shell nuclei

�����()#� ���� ���������&�'�������� ����������������

�/����� ��� � *

��*��+,��������� ����������&�'�������������������������������� ������� ������������������������������ ����-#��� ���� ���-)�����������������������!�������%"����� ���������&�'�������� ����������������� S.M. Lenzi - International Workshop on Physics with AGATA 12

Page 13: 22-24 March 2004 Orsay Symmetries along the N Z lineagata.pd.infn.it/documents/orsay2004/lenzi/lenzi.pdf · Silvia M. Lenzi- International Workshop on Physics with AGATA 22-24 March

TED along rotational bands in 7/2-shell nuclei

������������ ������� %�%�%���./�

� 0-0-0-

T=1 triplets A=46, 50 in the f7/2 shell have been recently observed at high spin

�����()#� ���� ���������&�'�������� ����������������

�/����� ��� � ��-��1��������� ���������&�'�������� ������������������*��+,�����������������������������������������!�������%"����� ���������&�'�������� ����������������

��20��

��/20

���� 33 ������ ����

������ ∆∆

S.M. Lenzi - International Workshop on Physics with AGATA 13

Page 14: 22-24 March 2004 Orsay Symmetries along the N Z lineagata.pd.infn.it/documents/orsay2004/lenzi/lenzi.pdf · Silvia M. Lenzi- International Workshop on Physics with AGATA 22-24 March

Mirror Energy Differences in the cross-conjugate A=42 and A=54 ����shell nuclei

-200

-100

0

100

200

0 1 2 3 4 5 6

A=42 MED = EJ(42Ti) - EJ(

42Ca)

A=54 -MED = EJ(54Fe) - EJ(

54Ni)

(-MED to keep the particle-hole symmetry)

J

ME

D (K

eV)

-200

-150

-100

-50

0

50

0 1 2 3 4 5 6

A=42

A=54

J

TE

D (K

eV)

0 0

2 1392

4 2620

6 3071

1392

1227

451

54Ni

:5 � !;:> ��:�"�?86� .�"�< � %��"�� �4��� � ��� "

�@=#-4AA�B��@�A���>�B�$+� ��

First observation of excited states in 54Ni

S.M. Lenzi - International Workshop on Physics with AGATA 14

0 0

2 1392

4 2620

6 3071

0 0 0 0

2 1408

4 2538

6 2949

2 1445

4 2651

1392

1227

451

1408

1130

411

54Co54Ni 54Fe

A=54

0 0

2 1556

4 2676

6 3043

0 0 0 0

2 1525

4 2752

6 3189

2 1586

4 2815

1556

1120

367

1525

1228

437

42Sc42Ti 42Ca

A=42

A rigorous treatment, calling upon state-of-the-art CSB potentials, is necessary to confirm these phenomenological findings.

Page 15: 22-24 March 2004 Orsay Symmetries along the N Z lineagata.pd.infn.it/documents/orsay2004/lenzi/lenzi.pdf · Silvia M. Lenzi- International Workshop on Physics with AGATA 22-24 March

Extending these investigations to other regions

� ����������������$���������������� ������ �����

� ������������������������������������ ����

� ���������������������������

�"���������������� �������������������������� ���:"��������������+����� ���� ��������� �� ���� ����!����� ����� C�������"� ����������� �������������� ������

S.M. Lenzi - International Workshop on Physics with AGATA 16

<��� �D� ���� ���������� ����������*

� �������������������� ���������������������������������� �����4

'�� �� ���������/�������������89:�������������� ���������

Page 16: 22-24 March 2004 Orsay Symmetries along the N Z lineagata.pd.infn.it/documents/orsay2004/lenzi/lenzi.pdf · Silvia M. Lenzi- International Workshop on Physics with AGATA 22-24 March

d3/2 d3/2

f7/2

����

�� ��

��

�!�44� �

� � �

1

4

1)(

22

Large MED in the sd shell: the electromagnetic spin-orbit term

f7/2

�������� ����������+�������������� ��������������A ��� �������������������������������� ����������������������������������� ����������� ������������ ���������� /���������� ���������� ������������ ���

Ep

35Ar )()( 12/3

12/7

12/3

�� � $ νπ

�"���� � ��� "%��&'�"����"�1���"���������

s

s

It is important when a nucleon is promoted from a j=l-s level to a j=l+slevel. The effect on a proton is opposite to the effect on a neutron orbit

S.M. Lenzi - International Workshop on Physics with AGATA 17

Page 17: 22-24 March 2004 Orsay Symmetries along the N Z lineagata.pd.infn.it/documents/orsay2004/lenzi/lenzi.pdf · Silvia M. Lenzi- International Workshop on Physics with AGATA 22-24 March

MED between negative parity states in TZ=1/2 sd-shell nuclei

������������������� ����������+���������������������� �������������������������� ��������������� �������������

Its contribution to MED becomes significant for configurations with �#�� single-nucleon excitations: a proton excitation in one nucleus and a neutron excitation in its mirror

S.M. Lenzi - International Workshop on Physics with AGATA 18

Page 18: 22-24 March 2004 Orsay Symmetries along the N Z lineagata.pd.infn.it/documents/orsay2004/lenzi/lenzi.pdf · Silvia M. Lenzi- International Workshop on Physics with AGATA 22-24 March

Loosely-bound nuclei: The Thomas-Ehrman shift (Coulomb and nuclear effect in mirror nuclei)

������������ �������������� ������������������� ������ ���������- ��� ������E ���� ������������������ ��� �� ������������������������������� �������������

������ �+��� � ������� ����������� ��������� ���� �� ����������������F

�"<"���55��� ���"�"���55���=;��

TESlarge MED

Different E1 strengths: isospin mixing due to coupling with the continuum for weakly-bound or unbound states

3.9 10-2 W.u.10-1 W.u.

The effect is large for small- orbits and light nuclei

S.M. Lenzi - International Workshop on Physics with AGATA 19

Page 19: 22-24 March 2004 Orsay Symmetries along the N Z lineagata.pd.infn.it/documents/orsay2004/lenzi/lenzi.pdf · Silvia M. Lenzi- International Workshop on Physics with AGATA 22-24 March

#���� �����������������������$�%�&������

E1

N=Z

������������������������� �����������������������

S.M. Lenzi - International Workshop on Physics with AGATA 20

Forbidden and Irregular E1 transitions

Page 20: 22-24 March 2004 Orsay Symmetries along the N Z lineagata.pd.infn.it/documents/orsay2004/lenzi/lenzi.pdf · Silvia M. Lenzi- International Workshop on Physics with AGATA 22-24 March

Possible origin:

- Isospin mixing due to the coupling to the continuum for nuclei close to the proton drip line- Isospin mixing of quasi degenerate levels of equal J and different T- Isospin mixing with the IVGMR

Isospin symmetry and E1 transitions along the N~Z line

E1 ( T=0) transitions are forbidden in N=Z nuclei

E1 transitions in mirror nuclei have identical strength

Signatures of symmetry breaking: forbidden E1’s in N=Z nuclei,irregular E1 transitions in mirror nuclei

In the validity of isospin symmetry

= isospin breaking of the �#! � ������� !����= &�4&��������������in the series expansion in >1(��0

1) �& �4����� �� �!� of the �#! � ������� !����

2) 1��4=? �� ��4�&� ����@�� ���� (first term in >1(��) in the expansion of the E1 operator)

S.M. Lenzi - International Workshop on Physics with AGATA 21

Page 21: 22-24 March 2004 Orsay Symmetries along the N Z lineagata.pd.infn.it/documents/orsay2004/lenzi/lenzi.pdf · Silvia M. Lenzi- International Workshop on Physics with AGATA 22-24 March

Isospin impurity of the g.s. due to mixing with the Isovector Giant Monopole Resonance.

Isospin mixing due to the coupling to the IVGMR

The calculated mixing increases significantly with A and, for a given A, is maximum for N=Z

�������������� ����������������������������������������������������������������������������������������������

1��� 4 ���� ���������&�'��������&��������������*5�6%�7�#" ��8�9��:����������������� ��������9��:����� ��8�:��!�;�7����&��� ��&�$������� S.M. Lenzi - International Workshop on Physics with AGATA 22

B-M

Hartree Fock sphericalH-F unrestrictedEWSR + IVGMR

even-even nuclei

N=Z

Page 22: 22-24 March 2004 Orsay Symmetries along the N Z lineagata.pd.infn.it/documents/orsay2004/lenzi/lenzi.pdf · Silvia M. Lenzi- International Workshop on Physics with AGATA 22-24 March

Pure E1 non stretched

Forbidden E1 transition in N=Z nuclei

%15.02 ������������������������� � ���� ������

The minimum isospin mixing is

����� ��������

���������� M2/E1

Measured: lifetime, ang. distr. and polarization

)%4.1(3.22 �α

The � � ��� isospin mixing results

��������� ��������!"#�$$%��$&�'�(()*

S.M. Lenzi - International Workshop on Physics with AGATA 23

����� �� � �

Page 23: 22-24 March 2004 Orsay Symmetries along the N Z lineagata.pd.infn.it/documents/orsay2004/lenzi/lenzi.pdf · Silvia M. Lenzi- International Workshop on Physics with AGATA 22-24 March

Irregular E1 transitions in mirror nuclei

67

34Se

33

67

33As

34

0 (5/2–) 0 5/2–

648 (7/2–)

1365 (9/2+)

2260 (13/2+)

3506 (17/2+)

697 7/2–

1422 9/2+

2364 13/2+

3592 17/2+

4950 21/2+4896 (21/2+)

648

717

915

1226

697

725

942

1228

13581390

�������� �������� ����������� ����� ����/���������������*�"������ � � !�>"*���������������������E:"��������� !�."*������� ������E !�� ������������ ��������"

��� ����������������������* ����>���������� ������!�� GG�"������������� ���������!�."��������������������� ������ ���������

3����+������>� �������� ������������/���� ��������������� ������*����������������� ��!�."� ��������� �� ���������

����� ���� ����H

E1: 7/2-�5/2+

�"���� � ��� "%���1���������

<"�����4� ������ "%� � '����������4����

������������ � � ������<�����������������������������

Lifetime measurements are needed.S.M. Lenzi - International Workshop on Physics with AGATA 24

Page 24: 22-24 March 2004 Orsay Symmetries along the N Z lineagata.pd.infn.it/documents/orsay2004/lenzi/lenzi.pdf · Silvia M. Lenzi- International Workshop on Physics with AGATA 22-24 March

Conclusions

� �� �������������� ������� ������ ��������� ����������������� ���� ����� ���� ���� ��� ��� �����������+������������������������ ������ �����

>�������� ��� ������� �������� ���� ��� ������� ��� ��� ����*�

�/��������������������������+�����/��� ��������� ��� ��� ����*�

��������������

������������������������������������������ ������������ ���! ����"������������������ �������'�� ����� ��� �� ��������������� ��������� �����������������������������������������������

� <������������������� �������� ���������� ��

����� ��������>������������� ������������$%&������� ������������� ��� ��� ����*�

� ���������/����� ������������I=� ��������>����� ������������������������

need: good spectroscopy and good SM description

with: good spectroscopy and good SM description

S.M. Lenzi - International Workshop on Physics with AGATA 25

Page 25: 22-24 March 2004 Orsay Symmetries along the N Z lineagata.pd.infn.it/documents/orsay2004/lenzi/lenzi.pdf · Silvia M. Lenzi- International Workshop on Physics with AGATA 22-24 March

Perspectives with AGATA

3��������������� ���� �

F. Recchia, E. Farnea

Detector

Segments

Pulse-shape analysis and

tracking

=0.2

A����� ������+�����������*�� N=Z nuclei up to high spin� MED for positive and negative parity states� MED for T > 1� TED measurements

= ��� ������ �

4����� ������������������������ ��������������

J�� ��� ������������������������������������

=�� �������������� ������2��������������������

������ ���������������������������

'������������������������� ��������������������������� get a deeper understanding of nuclear INC term� identify the different Coulomb effects� identify the origin of isospin mixing

>�������� ��� ��������� ���������*� higher-order terms in the series expansion of >1(kr)� isospin mixing � A� ������� ���! �=�� 6 ���#! �#��?��&��8������@��!������6��+));�� A� ������� ���! �=�� 6 ���#! ���?��&��58+7/� ���58,7/� ���3*�4� ��:-;�

S.M. Lenzi - International Workshop on Physics with AGATA 26

� ������������� ���3������ ��� ����� ��������������

3��������������������� -� ���

Page 26: 22-24 March 2004 Orsay Symmetries along the N Z lineagata.pd.infn.it/documents/orsay2004/lenzi/lenzi.pdf · Silvia M. Lenzi- International Workshop on Physics with AGATA 22-24 March

S.M. Lenzi - International Workshop on Physics with AGATA 27