IFT preprint 19/2004

 

 

Chiral and magnetic rotation in atomic nuclei studied within self-consistent mean-field methods

 

 

Przemysław Olbratowski

 

Instytut Fizyki Teoretycznej, Warszawa, Uniwersytet Warszawski

 

Institut de Recherches Subatomiques, Strasbourg,

Université Louis Pasteur de Strasbourg I,

Institut National de Physique Nucléaire et de Physique de Particules

 

email: polbrat@fuw.edu.pl, http: www.fuw.edu.pl/~polbrat

 

 

A Ph.D. thesis prepared in collaboration between the Warsaw University, Poland, and the Louis Pasteur University, France, thanks to a scholarship from the French Government. This work was supported in part by the Polish Committee for Scientific Research (KBN) and by the Foundation for Polish Science (FNP).

 

 

Supervisors:

Jacek Dobaczewski, Instytut Fizyki Teoretycznej, Warszawa

Jerzy Dudek, Institut de Recherches Subatomiques, Strasbourg

 

Referees:

Wojciech Satuła, Instytut Fizyki Teoretycznej, Warszawa

Jan Styczeń, Instytut Fizyki Jądrowej im. H. Niewodniczańskiego, Kraków

Johann Bartel, Institut de Recherches Subatomiques, Strasbourg

Hubert Flocard, Centre de Spectrométrie Nucléaire et Spectrométrie de Masse, Orsay

 

Warsaw/Strasbourg, July 21, 2004

 

Streszczenie Jednym z zastosowań metod średniego pola w fizyce jądrowej jest obecnie badanie egzotycznych symetrii jąder atomowych. Wiąże się to w szczególności z analizą rotacji jąder wokół osi pochylonej względem osi głównych rozkładu masy w modelu Tilted-Axis Cranking (TAC). Niniejsza praca przedstawia jedne z pierwszych obliczeń TAC wykonanych metodami w pełni samozgodnymi. Zastosowano w niej metodę Hartree'ego-Focka z dwuciałowym oddziaływaniem efektywnym Skyrme'a. Stworzono program komputerowy pozwalający na łamanie wszystkich symetrii przestrzennych rozwiązania. Jako pierwsze zastosowanie przeprowadzono obliczenia dla pasm magnetycznych w 142Gd oraz chiralnych w 130Cs, 132La, 134Pr i 136Pm. Ich występowanie związane jest odpowiednio z nowym mechanizmem łamania symetrii sferycznej oraz ze spontanicznym łamaniem symetrii chiralnej. Samozgodne rozwiązania w 142Gd potwierdzają istotną rolę mechanizmu shears w tworzeniu całkowitego momentu pędu. Zgodność z danymi doświadczalnymi nie jest jednak zadowalająca, prawdopodobnie wskutek nieuwzględnienia korelacji par lub przeszacowania deformacji. Wyniki w 132La stanowią pierwszy w pełni samozgodny dowód, że rotacja jądrowa może przybierać charakter chiralny. Wykazano, że rotacja chiralna może występować tylko powyżej pewnej krytycznej częstości obrotu. Sprawdzono też, że człony pola średniego Skyrme'a nieparzyste względem odwrócenia czasu nie mają jakościowego wpływu na wyniki.

 

Résumé Une des applications récentes des méthodes de champ moyen en physique nucléaire est l'étude des symétries exotiques du noyau. Cette problématique est reliée, en particulier, à l'ánalyse de la rotation nucléaire autour d'un axe incliné par rapport aux axes principaux de la distribution de masse dans le modèle dit de Tilted-Axis Cranking (TAC). Cette thèse présente l'un des premiers calculs TAC effectués dans le cadre de méthodes entièrement auto-cohérentes. La méthode Hartree-Fock avec l'interaction effective à deux corps de Skyrme a été utilisée. Un code numérique a été écrit qui permet de briser toutes les symétries spatiales des solutions. Comme première application, des calculs pour les bandes magnétiques dans 142Gd et pour les bandes chirales dans 130Cs, 132La, 134Pr et 136Pm ont été effectués. L'existence de ces bandes est dûe à un nouveau mécanisme de brisure de la symétrie sphérique, et de brisure spontanée de la symétrie chirale, respectivement. Les solutions auto-cohérentes dans 142Gd confirment le rôle impaortant du mécanisme shears dans la génération du moment angulaire. Pourtant, l'accord avec les données expérimentales n'est pas satisfaisant, probablement à cause de l'omission des corrélations d'appariement dans les calculs ou de la possible surestimation de la déformation. Les résultats obtenus dans 132La constituent la première preuve entièrement auto-cohérente que la rotation nucléaire peut acquérir un caractère chiral. Il a été démontré que la rotation chirale ne peut avoir lieu qu'au-dessus d'une certaine fréquence angulaire critique. Il a été également vérifié que les termes du champ moyen de Skyrme impair par rapport au renversement du temps n'ont pas d'influence qualitative sur les resultats.

 

Abstract Currently, one application of the mean-field methods in nuclear physics is the investigation of exotic nuclear symmetries. This is related, in particular, to the study of nuclear rotation about an axis tilted with respect to the principal axes of the mass distribution in the Tilted-Axis Cranking (TAC) model. The present work presents one of the first TAC calculations performed within fully self-consistent methods. The Hartree-Fock method with the Skyrme effective two-body interaction has been used. A computer code has been developed that allows for the breaking of all spatial symmetries of the solution. As a first application, calculations for the magnetic bands in 142Gd and for the chiral bands in 130Cs, 132La, 134Pr, and 136Pm have been carried out. The appearance of those bands is due to a new mechanism of breaking the spherical symmetry and to the spontaneous breaking of the chiral symmetry, respectively. The self-consistent solutions for 142Gd confirm the important role of the shears mechanism in generating the total angular momentum. However, the agreement with experimental data is not satisfactory, probably due to the lack of the pairing correlations in the calculations or to the possibly overestimated deformation. The results obtained for 132La constitute the first fully self-consistent proof that the nuclear rotation can attain a chiral character. It has been shown that the chiral rotation can only exist above a certain critical angular frequency. It has also been checked that the terms of the Skyrme mean field odd under the time reversal have no qualitative influence on the results.

 

PDF thesis