Revista mexicana de física

Preface

Strange form factors of the nucleon

The strangeness content of nucleon form factors is analyzed in a two-component model with a quark-like intrinsic structure surrounded by a meson cloud. A comparison with the available experimental data from the SAMPLE, PVA4, HAPPEX and G0 collaborations shows a good overall agreement for the strange form factors.

Se analiza el contenido de extraneza de los factores de forma del nucleón en un modelo de dos componentes que consiste en una estructura intrínseca de tres cuarks constituyentes rodeada de una nube mesónica. Una comparación con los datos experimentales disponibles de las colaboraciones SAMPLE, PVA4, HAPPEX y G0 muestra un buen ajuste para los factores de forma con extrañeza.

Investigations into nuclear pairing

This paper is divided in two main sections focusing on different aspects of collective nuclear behavior. In the first section, solutions are considered for the collective pairing Hamiltonian. In particular, an approximate solution at the critical point of the pairing transition from harmonic vibration (normal nuclear behavior) to deformed rotation (superconducting behavior) in gauge space is found by analytic solution of the Hamiltonian. The eigenvalues are expressed in terms of the zeros of Bessel functions of integer order. The results are compared to the pairing bands based on the Pb isotopes. The second section focuses on the experimental search for the Giant Pairing Vibration (GPV) in nuclei. After briefly describing the origin of the GPV, and the reasons that the state has remained unidentified, a novel idea for populating this state is presented. A recent experiment has been performed using the LIBERACE+STARS detector system at the 88-Inch Cyclotron of LBNL to test the idea.

Este artículo consiste en dos secciones en las cuales se presentan aspectos diferentes del comportamiento colectivo nuclear. En la primera parte, se consideran soluciones para Hamiltonianos describiendo el apareamiento colectivo. En particular, se discute una solución aproximada para el punto crítico de la transición de apareamiento entre vibraciones armónicas (comportamiento regular) y rotaciones deformadas (comportamiento superconductor). Se hace una comparación con las bandas de apareamiento en los isótopos de Pb. La segunda sección se concentra en la busqueda experimental de la vibración de apareamiento gigante (GPV por sus siglas en inglés) en la física nuclear. Después de haber discutido el origin de la GPV y las razones por las cuales hasta la fecha no ha sido identificada, se presenta una idea novedosa para poblar esta modo de excitación. Recientemiente, se llevó a cabo un experimento con el detector LIBERACE+STARS en el ciclotrón de LBNL para comprobar este método.

Deformation inside and outside the nuclear molecules

We investigate the interrelation of the clusterization and quadrupole deformation of atomic nuclei, as well as the role of the deformation of the clusters. In our study we incorporate both the energetic preference, and the effect of the Pauli-exclusion principle. The 40Ca nucleus is considered as an illustrative example. The applied methods can be generalised to heavy nuclei, and to ternary clusterization, too.

Se investiga la relación entre la formación de cúmulos y la deformación cuadrupolar de núcleos atómicos, así como la importancia de la deformación de los cúmulos mismos. En el presente trabajo se incorporan tanto a la preferencia energética como al principio de Pauli. Se considera al núcleo 40Ca como un ejemplo ilustrativo. Los métodos usados pueden extenderse a núcleos pesados y a sistemas de tres cúmulos.

Nuclear mass prediction as an image reconstruction problem: can observed pattern determine mass values?

Theoretical prediction of nuclear masses is analyzed as a pattern recognition problem on the N-Z plane. A global pattern is observed by plotting the differences between measured masses and Liquid Drop Model (LDM) predictions. After unfolding the data by removing the smooth LDM mass contributions, the remaining microscopic effects have proved difficult to model, although they display a striking pattern. These deviations carry information related to shell closures, nuclear deformation and the residual nuclear interactions. In the present work the more than 2000 known nuclear masses are studied as an array in the N-Z plane viewed through a mask, behind which the approximately 7000 unknown unstable nuclei that can exist between the proton and neutron drip lines are hidden. We show here that employing a Fourier transform deconvolution method these by masses can be predicted with similar accuracy than standard methods. We believe that a more general approach needs to be implemented, however, to optimize the procedures predictive power. Thus, while we see the need to study and implement alternative image reconstruction and extrapolation methods, the general ideas are already contained in this paper.

La prediccion teórica de masas nucleares es analizada como un problema de reconocimiento de patrones en el plano N-Z. Al graficar las diferencias entre las masas medidas y las predicciones del modelo de la gota (LDM) se obtiene un claro patrón. La predicción de los efectos microscópicos evidentes en este patrón ha mostrado ser una ardua tarea. Las desviaciones de las masas nucleares respecto de la gota contienen información asociada a capas cerradas, a deformaciones y a los efectos de la interacción nuclear residual. En este trabajo se estudian las más de 2000 masas nucleares conocidas como un arreglo en el plano N-Z, visto a traves de una máscara detrás de la cual se ocultan las cerca de 7000 masas de nucleos inestables, desconocidas actualmente, que pueden existir entre las líneas de estabilidad de emisión de un protón o de un neutrón. Empleando el método de deconvolución de las tranformadas de Fourier, las masas conocidas pueden ser reproducidas con una precisón similar a la lograda con los métodos tradicionales. Sin embargo, se requiere un procedimiento más general para optimizar el poder predictivo del método. Si bien las ideas básicas están contenidas en el presente trabajo, es necesario investigar e implementar métodos altenativos de reconstrucción y de extrapolación de imágenes.

Fusion, break-up and scattering of weakly bound nuclei

We discuss the influence of the break-up process of stable weakly bound nuclei on the fusion cross section and on the elastic scattering at near barrier energies. The complete fusion for heavy targets is found to be suppressed at energies above the barrier, whereas this effect is negligible for light targets. The total fusion cross sections are not affected by the break-up process. The non capture break-up is the dominant process at sub-barrier energies, with significant cross sections also at energies close and above the Coulomb barrier. We also show that the break-up process is responsible for the vanishing of the usual threshold anomaly of the optical potential and give rise to a new type of anomaly, named break-up threshold anomaly (BTA).

Se discute la influencia del proceso de ruptura de núcleos estables débilmente enlazados en la sección eficaz de fusión y en la dispersión elástica a energías próximas a la de la barrera de Coulomb. La sección eficaz de fusión completa para blancos pesados es suprimida para energías superiores a la de la barrera de Coulomb, mientras que este efecto es despreciable para blancos ligeros. La sección eficaz de fusión total no es afectada por el proceso de ruptura. El proceso de ruptura sin captura de residuos es el proceso dominate a energías inferiores a la de la barrera, con secciones eficaces considerables también para energías del orden de la barrera de Coulomb y supeiores. Mostramos además, que el proceso de ruptura es el responsable por la ausencia de la anomalía de umbral usual del potencial óptico y conlleva a un nuevo tipo de anomalía, llamado anomalía de umbral de ruptura (BTA).

DWBA-calculations of elastic scattering, fusion and breakup cross sections for reactions involving weakly bound stable projectiles around the barrier energy

A simultaneous Distorted Wave Born Approximation calculation of elastic scattering, fusion and breakup cross sections for energies above and below the Coulomb barrier energy is presented for reactions involving weakly bound projectiles on heavy targets. In the approach, a Woods-Saxon optical potential U is used where its imaginary part W is split into a volume part W F which is only responsible for fusion absorption and a surface part Wdr which accounts for direct reactions. The fusion and direct reaction cross sections are calculated in terms of W F and W DR respectively. The optical potential parameters are determined from a simultaneous -analysis of recent experimental data of elastic scattering and fusion cross sections. From this, energy dependent forms for W F (E) and W DR (E) can be determined and by the dispersion relation the corresponding real polarization potentials V F (E) and V DR (E) are also found. The appearance or absence of the threshold anomaly can therefore be extracted from these energy dependent forms. By turning on and off the potentials responsible for breakup reactions (V DR and W DR) the effect of breakup on fusion can be studied. So, regions of suppresion and of enhancement around the barrier energy can be determined for the nuclear systems under study.

Dentro de la aproximación de ondas distorsionadas de Born, se hace un estudio simultáneo de reacciones de dispersión elástica, fusión y de rompimiento del projectil conocido como breakup para reacciones nucleares que involucran projectiles debilmente ligados con blancos pesados. Se utilizan potenciales de Woods-Saxon U en los que la parte imaginaria W que es responsable de todos los procesos de absorción es dividida en dos partes, una W F responsable solo de los procesos de fusión y otra W DR de los demás procesos, es decir de las reacciones directas. Los parámetros de tales potenciales serán determinados através de un ajuste simultáneo de los datos experimentales de fusión y de dispersion elástica. Se formulan entonces formas dependientes de la energía para W F y W DR através de las cuales de pueden determinar las partes reales de los potenciales de polarización V F y V DR usando la relación de dispersión. Del comportamiento con la energía de estas cuatro formas puede entonces determinarse la presencia o ausencia de la anomalía de umbral para el potencial de fusión y de reacciones directas respectivamente y en consecuencia del potencial total de absorción W. Finalmente considerando o anulando los potenciales V DR y W DR se realiza un estudio de la influencia que el proceso de rompimiento del projectil (breakup) tiene sobre el de fusión.

A review on the advances of an effective model of QCD at low energy

A review on the advances of an effective model for QCD at low energy is given. The basic ingredients of the model are two fermion levels for the quarks, one at positive and one at negative energy. The quarks in these levels are interacting with a boson level, occupied by pairs of gluons with color and spin zero. The meson and baryon spectrum can be described with satisfaction, including the microscopic structure of the nucleon. The Roper resonance is well reproduced and also the position of the pentaquark, though with a possible large width. The vacuum properties are discussed as new partial results. The model was applied to high energy collisions of heavy nuclei, too.

Se presenta un resumen de un modelo efectivo de la QCD a bajas energías. Los ingredientes básicos del modelo son dos niveles fermiónicos para los cuarks, uno a energía positiva y el otro a energía negativa. Los cuarks interactuan con un nivel bosónico, ocupado por pares de gluones con espín y color zero. El espectro de mesones y bariones se describe satisfactoriamente, incluyendo la estructura microscópico de los nucleones. La resonancia Roper se reproduce bien y también la posición del pentacuark, aunque con una anchura grande. Se discuten las propiedades del vacío como un nuevo resultado parcial. El modelo también se aplica a colisiones de iones pesados.

Collective behavior in random interaction

Recent investigations have looked at the many-body spectra of random two-body interactions. In fermion systems, such as the interacting shell model, one finds pairing-like spectra, while in boson systems, such as IBM-1, one finds rotational and vibrational spectra. We discuss the search for random ensembles of fermion interactions that yield rotational and vibrational spectra, and in particular present results from a new ensemble, the "random quadrupole-quadrupole ensemble".

Recientemiente se han investigado los espectros de interacciones aleatorias entre dos cuerpos. En sistemas fermiónicos, como el modelo de capas nucleares, se encuentran espectros con características de apareamiento, mientras sistemas bosónicos, como el modelo de bosones interactuantes, dan lugar a espectros rotacionales y vibracionales. Se discute la búsqueda de conjuntos aleatorios de interacciones fermiónicas con espectros rotacionales y vibracionales. En particular, se propone un conjunto nuevo, el "conjunto aleatorio cuadrupolar-cuadrupolar".

Landau level broadening without disorder, non-integer plateaus without interactions - an alternative model of the quantum Hall effect

I review some aspects of an alternative model of the quantum Hall effect, which is not based on the presence of disorder potentials. Instead, a quantization of the electronic drift current in the presence of crossed electric and magnetic fields is employed to construct a non-linear transport theory. Another important ingredient of the alternative theory is the coupling of the two-dimensional electron gas to the leads and the applied voltages. By working in a picture where the external voltages fix the chemical potential in the 2D subsystem, the experimentally observed linear relation between the voltage and the location of the quantum Hall plateaus finds an natural explanation. Also, the classical Hall effect emerges as a natural limit of the quantum Hall effect. For low temperatures (or high currents), a non-integer substructure splits higher Landau levels into sublevels. The appearence of substructure and non-integer plateaus in the resistivity is not linked to electron-electron interactions, but caused by the presence of a (linear) electric field. Some of the resulting fractions correspond exactly to half-integer plateaus.

Se revisan algunas propiedades de un modelo alternativo del efecto Hall cuántico, que no está basado en la presencia de potenciales de desorden. En cambio, se emplea una cuantización de la corriente de arrastre electrónico en la presencia de campos eléctricos y magnéticos cruzados para construir una teoría de transporte no-lineal. El acoplamiento del gas bidimensional de electrones a las guías y los voltajes aplicados es otro ingrediente importante de esta teoría alternativa. Se encuentra una explicación natural de la relación lineal que se observa experimentalmente entre el voltaje y la ubicación de los niveles Hall cuánticos. Además, el efecto Hall clásico emerge como un límite natural del efecto Hall cuántico. A temperaturas bajas (o corrientes altas), una subestructura no-entera divide los niveles Landau más altos en subniveles. La aparición de una subestructura y niveles no-enteros en la resistividad no está ligada a las interacciones electrón-electrón, sino que es causada por la presencia de un campo eléctrico (lineal). Algunas de las fracciones resultantes corresponden exactamente a niveles semi-enteros.

Constraining properties of neutron stars with heavy-ion reactions

Nuclear reactions induced by stable and/or radioactive neutron-rich nuclei provide the opportunity to pin down the equation of state of neutron-rich matter, especially the density (ρ) dependence of its isospin-dependent part, i.e., the nuclear symmetry energy Esym. A conservative constraint, 32(ρ/ρ0)0.7 < Esym(ρ) < 32 (ρ /ρ0)1.1, around the nuclear matter saturation density ρ0 has recently been obtained from the isospin diffusion data in intermediate energy heavy-ion collisions. We review this exciting result and discuss its consequences and implications on nuclear effective interactions, radii and cooling mechanisms of neutron stars.

Se puede determinar la ecuacion de estado de materia con exceso de neutrones usando reacciones nucleares inducidas por haces estables y radioactivos de núcleos con exceso de neutrones, en particular cómo depende la contribución del iso-espín, es decir la energía de simetría nuclear Esym, de la densidad (ρ). Recientemente, se obtuvo una restricción conservadora, 32 (ρ/ρ0)0.7 < Esym(ρ) < 32 (ρ /ρ0)1.1 cerca de la densidad de saturación de la materia nuclear ρ0 de los datos experimentales para la difusión de iso-espín en colisiones de iones pesados a energías intermediarias. Se presenta una revisión de este resultado alentador y se discuten sus consecuencias e implicaciones para interacciones efectivas nucleares, radios y mecanismos de enfriamiento de estrellas de neutrones.

An old approach for new investigations in the IBA symmetry triangle

Motivated by the success of the X(5) critical point model in describing the properties of certain rare-earth nuclei, IBA-1 calculations are performed for rare-earth isotopic chains. Contours of basic observables are discussed and used to extract parameter values. The properties of all low-lying positive parity excitations are well described for a wide range of nuclei and the resulting parameters are mapped into the IBA symmetry triangle. The simple, two parameter IBA-1 calculations are also extended to the Pt isotopic chain. Both energies and electromagnetic transition strengths are are found to be well described over the entire isotopic chain suggesting these nuclei can be described more simply without the need for introducing an intruder configuration.

Motivado por el éxito del modelo del punto crítico X(5) se hicieron cálculos en el modelo de bosones interactuantes IBA-1 para cadenas de núcleos en la región de las tierras raras. Se discuten contornos de observables básicos para determinar los coeficientes de las interacciones. Se encuentra una buena descripción de todos los estados excitados a bajas energías en una gran variedad de núcleos. Se hace un mapeo de los parámetros del modelo al triángulo de simetría. Se discute una extensión de este cálculo sencillo con nada más dos parámetros a los isótopos de Pt. El buen ajuste encontrado para las energías y las transiciones electromagnéticas sugiere que no es necesario introducir configuraciones intrusas para describir las propiedades de estos núcleos.

Neutrino masses and mixings in a minimal S₃-invariant extension of the standard model

The mass matrices of the charged leptons and neutrinos, that had been derived in the framework of a Minimal S3-invariant Extension of the Standard Model, are reparametrized in terms of the masses of the charged leptons and neutrinos. Then, the neutrino mixing matrix V P M N S is computed and we obtain explicit, analytic and exact expressions for the neutrino mixing angles as function of the masses of the charged leptons and neutrinos. By comparison with the experimental data on neutrino mixings, we obtain numerical values for the neutrino masses in good agreement with the experimental bounds extracted from neutrinoless double beta decay and precision cosmological observations.

Las matrices de masas de los leptones cargados y los neutrinos, que previamente habíamos obtenido en una extensión Mínima S3-invariante del Modelo Standard, se reparametrizan en términos de las masas de los leptones cargados y los neutrinos. A partir de aquí, se calcula la matriz de mezclas de los neutrinos, V P M N S, y se obtienen expresiones analíticas, explícitas y exactas para los ángulos de mezcla y las fases de Majorana como función de las masas de los leptones cargados y los neutrinos. Por comparación con los datos experimentales sobre mezclas de neutrinos, obtenemos valores numéricos de las masas de los neutrinos en buen acuerdo con las cotas experimentales extraídas de las medidas de la desintegración beta, la desintegración doble beta sin neutrinos y las observaciones cosmológicas de precisión.

Time dependent problems in relativistic quantum mechanics

The most effective procedure for dealing with time dependent problems is through the Feynman propagator. In this note we indicate the explicit expression for this propagator in relativistic problems using spectral decomposition. We then take as an initial state one of a Dirac oscillator and consider the behaviour of the wave function when the interaction is suddenly supressed.

La manera mas efectiva para analizar problemas dependientes del tiempo en mecánica cuántica es a través del propagador de Feynman. En esta nota indicamos la forma explícita de este propagador en problemas relativistas, usando la decomposición espectral. Posteriormente tomamos un estado del oscilador de Dirac como condición inicial y estudiamos el comportamiento de la función de onda cuando la interacción desaperece repentinamente.

Electromagnetic form factors

The relativized hypercentral Constituent Quark Model is used for the calculation of the elastic electromagnetic form factors of the nucleon. The results are compared with the recent measurements at Jlab.

Se emplea una version relativista del modelo hipercentral de cuarks constituyentes para estudiar los factores de forma electromagnéticos del nucleón. Se comparan los resultados con los datos experimentales recién obtenidos en el Laboratorio Jefferson.

Dynamics of mass asymmetry in nuclear molecular systems

The dinuclear system concept assumes two touching nuclei which can exchange nucleons by transfer. This concept can be applied to nuclear structure, to fusion reactions leading to superheavy nuclei and to multi-nucleon transfer.

El concepto de un sistema dinuclear supone dos núcleos en contacto que pueden intercambiar nucleones entre ellos. Posibles aplicaciones de este modelo se encuentran en la estructura nuclear, reacciones de fusión para crear núcleos superpesados y la transferencia de varios nucleones.

Open questions and perspectives for hadron electromagnetic form factors in space-like and time-like regions

An overview of recent data on electromagnetic hadron form factors is presented and discussed in terms of selected nucleon models in space-like and time-like regions. Model independent properties connecting scattering and annihilation channels are presented and give a deeper understanding of the underlying physics. Radiative corrections are discussed. The interest of polarization observables with respect to model predictions and reaction mechanism (one photon versus two photon exchange) is highlighted.

Se revisan los datos experimentales de los factores de forma electromagnéticos y se estudian dichos factores de forma en varios modelos del nucleón en la región espacialoide y temporaloide. Se presentan algunas propiedades, que son independientes de modelos particulares, que conectan los canales de dispersión y aniquilación y que proveen un mejor entendimiento de la física. Se discuten las correcciones radiativas. Se enfatiza la importancia de observables de polarización para comprobar las predicciones de modelos del nucleón así como los mecanismos de reacciones (intercambio de un foton versus de dos fotones).

Production of RIB: methods and applications

The various methods for the production of unstable beams using in-flight and ISOL techniques with thick and thin targets are discussed, including their advantages and disadvantages. Some typical examples of facilities are shown. New concepts, future research developments and proposals for ambitious large facilities to meet the challenges for the future are described.

Se discuten las ventajas y desventajas de varios métodos para la producción de haces inestables con técnicas en vuelo e ISOL para blancos gruesos y delgados. Se muestran algunos ejemplos típicos de aceleradores. Se describen conceptos novedosos, desarrollos de proyectos de investigación y propuestas para aceleradores ambiciosos para enfrentar los retos del futuro.

Structural evolution from shape invariants

An overview of the concept of quadrupole shape invariants is given. Definitions and ways to derive shape invariants from data that were found in recent works are summarized, and the connection and sensitivity of shape invariants to the nuclear shape/phase transition is shown. First results of an ongoing survey of shape invariants for excited states are presented, investigating the critical point behavior as a function of angular momentum and energy. A manifestation of theoretical predictions appears to be found in the transitional Gd isotopes.

Se presenta una revision del concepto de los invariantes de forma cuadrupolares, sus definiciones y las maneras de extraerlos de los datos experimentales. Se muestra la conexión y sensibilidad de invariantes de forma con las transiciones de fase en la física nuclear. Se discuten los primeros resultados de una investigación de invariantes de fase para estados excitados a través de un estudio del comportamiento del punto crítico como función del momento angular y la energía. Hay evidencia que las predicciones teóricas se manifiestan en los isótopos de Gd.

Dynamical and thermodynamical features in the fragmentation process

Dynamical and thermodynamical features of the fragmentation process around the Fermi energy are discussed using data measured at GANIL and GSI facilities with the 4 array INDRA. Presented topics address transport properties and transition phenomena in central and peripheral collisions and give a panorama on the physics of transient systems produced in heavy-ion collisions.

Se discuten propiedades dinámicas y termodinámicas del proceso de fragmentación cerca de la energía de Fermi con datos experimentales obtenidos en GANIL y GSI con el arreglo 4 INDRA. Se estudian las propiedades de transporte y fenómenos transitorios in colisiones centrales y periféricas y se presenta un panorama de la física de sistemas transitorios producidos en colisiones de iones pesados.

Studies of exotic light nuclei with nucleon transfer reactions

For decades, single nucleon transfer reactions such as (d, p) have served as fundamental tools for studying the properties of nuclei throughout the periodic table. Their selectivity and ease of interpretation have made them some of the most heavily used reactions for the determination of quantum numbers, and for probing the wave functions of single-particle states in nuclei. With the advent of radioactive beams, interest in these simple transfer reactions has been renewed. I will review the utility of such reactions, and discuss some current applications in the context of the modern theoretical understanding of nuclear structure and in nuclear astrophysics. Finally, I will discuss two recent examples of studies of the (d, p) reaction carried out with radioactive beams to study the light nuclei 9Li and 7He, and present some of the challenges and opportunities that await in this new domain.

Reacciones de transferencia de un nucleon han funcionado por décadas como herramientas fundamentales para estudiar las propiedades nucleares. Por su selectividad y fácil interpretación dichas reacciones han sido las más usadas en la determinación de los números cuánticos y como prueba de las funciones de onda de los estados de partícula independiente. La disponibilidad de haces radioactivos ha causado un interes renovado en esas reacciones de transferencia. Se revisan y se discuten algunas aplicaciones recientes de esas reacciones en la estructura nuclear y la astrofísica nuclear. Finalmente, se estudia la reacción (d, p) llevada a cabo con haces radioactivos para investigar los nucleos ligeros 9Li y 7He, y se presentan algunos retos y oportunidades para el futuro.