Study of the collectivity of intruder states in 83Se and development of a new technique to measure lifetimes in the N=126 region

Lungo la catena isotonica N=49, stati intruder con spin 1/2+ e 5/2+, furono osservati per la prima volta nel 83Se e, successivamente, in: 87Kr, 81Ge e 79Zn. Nel 83Se, questi stati intruder hanno energie di circa 500 keV, le più basse lungo la catena isotonica N=49. La riduzione dello shell gap N=50 avvicinandosi al 78Ni favorisce l’abbassamento dell’energia delle configurazioni deformate. Poiché il nucleo 83Se (Z=34) si trova al centro della fp-shell di protoni (28<Z<40), dovrebbe avere il massimo di correlazioni quadrupolari dando origine a configurazioni deformate nel nucleo. Ciò rende il 83Se un buon candidato per studiare la collettività degli stati intruder di particella-buco in questa regione. Le misure di vita media degli stati intrusi del 83Se forniscono informazioni sulla loro colletività quadrupolare, consentendo così di capire quale aspetto della struttura nucleare sia predetto in modo scorretto da modelli teorici. Nella prima parte della tesi sono riportati i risultati ottenuti in un esperimento eseguito presso i Laboratori Nazionali di Legnaro (LNL), dove la vita media degli stati intruder 540-keV 1/2+ e 1100-keV 3/2+ nel 83Se sono stati misurati utilizzando rispettivamente il Recoil Distance Doppler-Shift Method e il Doppler-Shift Attenuation Method. Un fascio di 82Se con un’energia di 270 MeV è stato inviato su un bersaglio di polietilene deuterato (C2D4), evaporato su uno strato d’oro. L’array GALILEO, usato per la misura di raggi γ, è stato accoppiato all SPIDER, consentendo di ottenere una buona selettività del canale di reazione attraverso misure di coincidenza tra i raggi γ e i protoni prodotti nella reazione (d,p). I risultati sperimentali sono discussi nel quadro dei calcoli teorici, sottolineando il ruolo della collettività nelle configurazioni intruder a bassa energia. La seconda parte della tesi descrive una nuova tecnica sviluppata per misurare la vita media dei nuclei pesanti ricchi di neutroni, chiamata reversed plunger configuration. Tali nuclei, a causa della difficoltà nel produrli, le informazioni sulla vita media degli stati eccitati a bassa energia sono scarse. Le reazioni di multi-nucleon transfer hanno dimostrato di essere uno strumento perfetto per esplorare tali regioni. Pertanto, approfittando della cinematica di tali reazioni e del dispositivo plunger in configurazione inversa, è possibile misurare vite medie degli stati nucleari eccitati dell’ordine dei picosecondi. Questa tecnica è stata impiegata per la prima volta nella misura di vite medie degli stati eccitati a bassa energia di nuclei con massa ~190, dove si prevede che le transizioni di forma da prolata a oblata avvengano lungo le diverse catene isotopiche avvicinandosi alla chiusura di shell N=126. L’esperimento si è svolto presso i LNL con l’obiettivo di misurare la vita media degli stati 2+ e 4+ del 196O. Un fascio di 136Xe con energia di 1134 MeV, dopo aver attraversato un degrader di 93Nb, è stato fatto collidere con un target di 198Pt. I frammenti beam-like sono stati identificati nello spettrometro PRISMA, mentre i frammenti target-like (i nuclei pesanti di interesse) sono stati fermati nel degrader posto a monte del bersaglio. I raggi γ sono stati misurati con il rilevatore a tracciamento di raggi γ AGATA, composto da 33 rivelatori HPGe segmentati. Tra i nuclei popolati in questo esperimento è presente il 198Pt, di cui è nota la vita media degli stati eccitati a bassa energia e può essere utilizzato come riferimento per convalidare l’utilizzo della tecnica proposta. In questo lavoro di tesi è riportata la vita media degli stati 2+, secondo 2+ e 4+ del 198Pt misurata con la tecnica di reversed plunger, utilizzando le procedure di analisi standard: il Decay Curve Method e il Differential Decay Curve Method. L’accordo dei nostri risultati con i dati presenti in letteratura dimostra la capacità della tecnica proposta.

Along the N=49 isotones, intruder states with spins 1/2+ and 5/2+ were first observed in 83Se and, later on, in other nuclei: 87Kr, 81Ge and 79Zn. In the 83 Se, these intruder states have energies of around 500 keV, the lowest among the other N=49 isotones. The reduction of the N=50 shell gap towards 78Ni favors the lowering in the energy of the deformed configurations and since 83 Se nucleus (Z=34) is in the middle of the proton fp-shell (28<Z<40), it should have the maximum quadrupole correlations driving the nucleus into deformed configurations. This makes the 83Se nucleus a good candidate to understand the collectivity of the particle-hole intruder states in this region of the nuclear chart, lowered in energy by large quadrupole correlations. Lifetime measurements of the intruder states of 83Se would give an indication of their wave function, thus allowing one to estimate the degree of the N=50 core breaking in the ground state of Se isotopes and could shed light on the behavior of the N=50 shell gap towards 78Ni. The first part of the thesis, reports the results obtained from an experiment performed at the Laboratori Nazionali di Legnaro (LNL), where the lifetime of the 540-keV 1/2+ and 1100-keV 3/2+ intruder states of 83Se were measured using the Recoil Distance Doppler-Shift Method and Doppler-Shift Attenuation Method, respectively. A beam of 82Se, with energy of 270 MeV impinged into a deuterated polyethylene (C2D4) target which was evaporated on a gold layer. The GALILEO γ-ray array was coupled to the SPIDER silicon array, allowing one to obtain the needed channel selectivity through coincidence measurements between γ rays and the protons from the (d,p) reaction. The experimental results will be discussed in the framework of theoretical calculations, pointing out the role of the collectivity of low-lying intruder configurations. The second part of the thesis is focused on describing a novel technique developed to measure lifetimes of heavy neutron-rich nuclei, namely ‘the reversed plunger configuration’. In heavy neutron-rich nuclei, information on the lifetimes of low-lying excited states is scarce since these nuclei are difficult to populate. Multi-nucleon transfer reactions have shown to be the perfect tool to explore such regions. Therefore, profiting from the kinematics of such reactions and the plunger device in the reversed configuration, lifetimes of excited nuclear states of the order of picoseconds can be measured. This technique was employed for the first time to measure lifetimes of low-lying excited states of nuclei with a mass of around 190, where shape transitions from prolate to oblate are expected to occur along different isotopic chains while approaching the N=126 shell closure. The experiment took place at LNL with the aim to measure the lifetime of the 2+ and 4+ state of 196Os. A beam of 136Xe with the energy of 1134 MeV passed through a degrader foil of 93Nb with a thickness of 3.2 mg/cm2 and impinged into a 198 Pt target 1.4 mg/cm 2 thick. Beam-like fragments entered the PRISMA spectrometer where they were identified in mass, atomic number, and velocity, while the target-like fragments (the heavy nuclei of interest) traveled towards the degrader foil where they were stopped. Gamma rays were measured with the AGATA γ-ray tracking array composed of 33 segmented HPGe detectors. Among the nuclei populated in this experiment is 198Pt, for which the lifetimes of the low-lying excited states are known, and can be used as a benchmark to validate the use of the proposed technique. This work reports the lifetimes measured with the reversed plunger configuration for the second 2+, first 2+ and the 4+ states of 198Pt, employing the standard analysis procedures: the Decay Curve Method and the Differential Decay Curve Method. The agreement of our results with the literature data demonstrates the capability of this technique.