DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-33593-4
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41644557
تاريخ النشر: 2026-02-05
المؤلف: M. Ismail وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات أبحاث الفيزياء النووية
نظرة عامة
في هذه الدراسة، يستخدم المؤلفون نموذج الكتلة المعتمد على الكثافة لحساب نصف أعمار التحلل α للنوى الفائقة الثقل (SHN) بأرقام ذرية Z = 104-118. يستخرجون إمكانات α-نواة المجهرية من خلال طريقة الطي المزدوج، مستخدمين تفاعل نوكليون-نوكليون واقعي. من خلال تطبيق تقريب وينتزل-كرامرز-بريلوين وظروف كوانتization بور-سومرفيلد، يحددون تردد هجوم جسيمات α واحتمالات اختراق الحواجز لكل من النوى الابنة الكروية والمشوهة. تتماشى توقعاتهم لخمس نظائر من العنصر الفائق الثقل Z = 123 بشكل جيد مع النماذج النظرية المعتمدة، مما يشير إلى دعم نظري قوي للجهود التجريبية الجارية.
تستكشف الأبحاث أيضًا المنافسة بين التحلل α والانشطار العفوي، مقترحة سلاسل تحلل محتملة للنوى غير المرصودة 302-307 123. بالإضافة إلى ذلك، يحلل المؤلفون قنوات تحلل الكتلة للنظائر 300، 303، 306، و307 123 باستخدام أطر نظرية متعددة، بما في ذلك الإمكانات ذات الطي المزدوج، وقانون التحلل العالمي (UDL)، وغيرها. من الجدير بالذكر أن إطار UDL يقترح أن انبعاثات الكتل الثقيلة، مثل تلك التي تتضمن شظايا مثل \(^{90}\text{Sr}\)، \(^{96}\text{Zr}\)، و\(^{102}\text{Mo}\)، قد تنافس أو حتى تهيمن على التحلل α في هذه النوى الفائقة الثقل، مما يبرز تعقيد عمليات التحلل في هذه المنطقة من المشهد النووي.
النتائج
في هذه الدراسة، استكشف المؤلفون خصائص النوى الفائقة الثقل بأرقام ذرية تتراوح من 104 إلى 118 باستخدام نموذج الكتلة المعتمد على الكثافة (DDCM). استخدموا أحدث قيم Qα من تقييم الكتلة AME2020 ونصف الأعمار من مجموعة بيانات NUBASE2020. تم نمذجة تفاعل α-ابنة بشكل مجهر باستخدام نهج الطي المزدوج مع قوة نوكليون-نوكليون M3Y-باريس، مع الأخذ في الاعتبار الأشكال الكروية والمشوهة محوريًا للنوى الابنة. أظهرت النتائج أن ارتفاع حاجز الإمكانية للتحلل α يتأثر بشكل كبير بتوجه النواة الابنة المشوهة، مع زيادة ملحوظة في عامل إعادة التعديل λ(θ) من 0.4589 عند θ = 0° إلى 0.5961 عند θ = 90°، مما يعكس جذب نووي معزز بسبب زيادة تداخل السطح.
تمت مقارنة نصف الأعمار المحسوبة لكل من التكوينات الكروية والمشوهة ضد عدة صيغ تجريبية، مما كشف أن صيغة براون المعدلة (mB1) قدمت أفضل توافق مع البيانات التجريبية، محققة انحراف متوسط الجذر التربيعي (σ) يبلغ حوالي 0.664. بالمقابل، أظهرت نماذج أخرى مثل VSS وRoyer انحرافات أكبر. شمل التحليل أيضًا توقعات لنصف أعمار التحلل α والانشطار العفوي (SF) للنظائر 302-307، مما يظهر أن التحلل α لا يزال هو نمط التحلل السائد، على الرغم من أن النشاط الإشعاعي للكتل هو أيضًا قناة تحلل هامة لهذه النوى الثقيلة. خلصت الدراسة إلى أنه بينما تكون نصف أعمار التحلل α عمومًا أقصر، قد تكون بعض انبعاثات الكتل قابلة للرصد، خاصة بالنسبة للكتل الأخف، مما قد يوفر رؤى حول البنية النووية للعناصر الفائقة الثقل.
المناقشة
في هذا القسم، يناقش المؤلفون الإطار النظري الذي يدعم نموذج الكتلة المعتمد على الكثافة، والذي يُستخدم لتحليل تحلل الكتلة والتحلل α في النوى الفائقة الثقل. يعامل النموذج النواة الأم كنظام مكون من جسمين يتكون من كتلة مسبقة ونواة ابنة، مع التعبير عن الإمكانية الكلية كـ \( V_T(R, \theta) = \lambda(\theta) V_N(R, \theta) + V_C(R, \theta) + \frac{\hbar^2}{2\mu} \left( \ell + \frac{1}{2} \right)^2 \frac{1}{R^2} \). هنا، \( \lambda(\theta) \) هو عامل إعادة التعديل، \( R \) يدل على فصل الكتلة-ابنة، و\( \theta \) هو زاوية الانبعاث. يؤكد المؤلفون على أهمية تأثيرات التماثل المضاد وتأثيرات حظر باولي، والتي تتطلب إعادة تعديل الإمكانية النووية لتحقيق عرض تحلل واقعي.
تستكشف الدراسة أيضًا المنافسة بين التحلل α والنشاط الإشعاعي للكتل، خاصة في سياق النوى الفائقة الثقل التي تم تصنيعها مؤخرًا. يستخدم المؤلفون نماذج نظرية متنوعة، بما في ذلك نموذج الطي المزدوج (DFM)، صيغة التحلل الموحدة (UDF)، المنحنى العالمي (UNIV)، قانون هوروي، وقانون التحلل العالمي (UDL)، للتنبؤ بقنوات التحلل. من الجدير بالذكر أنه بينما تفضل معظم النماذج انبعاثات الكتل الأخف وتنبئ بأن التحلل α هو نمط التحلل السائد، يحدد إطار UDL عدة شظايا أثقل، مثل \( ^{90}Sr \) و\( ^{96}Zr \)، كقنوات تحلل محتملة قد تتجاوز التحلل α في بعض النوى الفائقة الثقل. يبرز هذا التفاعل الدقيق بين آليات التحلل المختلفة في هذه الأنظمة الغريبة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-33593-4
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41644557
Publication Date: 2026-02-05
Author(s): M. Ismail et al.
Primary Topic: Nuclear physics research studies
Overview
In this study, the authors utilize the density-dependent cluster model to calculate the α-decay half-lives of superheavy nuclei (SHN) with atomic numbers Z = 104-118. They derive a microscopic α-nucleus potential through the double-folding method, employing a realistic nucleon-nucleon interaction. By applying the Wentzel-Kramers-Brillouin approximation and the Bohr-Sommerfeld quantization condition, they determine the α-particle assault frequency and barrier-penetration probabilities for both spherical and deformed daughter nuclei. Their predictions for five isotopes of the superheavy element Z = 123 align well with established theoretical models, indicating robust theoretical support for ongoing experimental efforts.
The research also investigates the competition between α-decay and spontaneous fission, proposing potential decay chains for the unobserved nuclei 302-307 123. Additionally, the authors analyze cluster decay channels for isotopes 300, 303, 306, and 307 123 using multiple theoretical frameworks, including the double-folding potential, the Universal Decay Law (UDL), and others. Notably, the UDL framework suggests that heavy-cluster emissions, such as those involving fragments like \(^{90}\text{Sr}\), \(^{96}\text{Zr}\), and \(^{102}\text{Mo}\), may rival or even dominate α-decay in these SHN, highlighting the complexity of decay processes in this region of the nuclear landscape.
Results
In this study, the authors explored the properties of super-heavy nuclei with atomic numbers ranging from 104 to 118 using the density-dependent cluster model (DDCM). They utilized the latest Qα values from the AME2020 mass evaluation and half-lives from the NUBASE2020 dataset. The α-daughter interaction was modeled microscopically using a double-folding approach with the M3Y-Paris nucleon-nucleon force, considering both spherical and axially deformed shapes for the daughter nuclei. The results indicated that the potential barrier height for α-decay is significantly influenced by the orientation of the deformed daughter nucleus, with a notable increase in the renormalization factor λ(θ) from 0.4589 at θ = 0° to 0.5961 at θ = 90°, reflecting enhanced nuclear attraction due to greater surface overlap.
The calculated half-lives for both spherical and deformed configurations were compared against several empirical formulas, revealing that the modified Brown formula (mB1) provided the best agreement with experimental data, achieving a root-mean-square deviation (σ) of approximately 0.664. In contrast, other models such as VSS and Royer showed larger deviations. The analysis also included predictions for α-decay and spontaneous fission (SF) half-lives for isotopes 302-307, demonstrating that α-decay remains the dominant decay mode, although cluster radioactivity is also a significant decay channel for these heavy nuclei. The study concluded that while α-decay half-lives are generally shorter, certain cluster emissions may be observable, particularly for lighter clusters, which could provide insights into the nuclear structure of superheavy elements.
Discussion
In this section, the authors discuss the theoretical framework underpinning the density-dependent cluster model, which is employed to analyze cluster decay and α decay in superheavy nuclei. The model treats the parent nucleus as a two-body system comprising a preformed cluster and a daughter nucleus, with the total potential expressed as \( V_T(R, \theta) = \lambda(\theta) V_N(R, \theta) + V_C(R, \theta) + \frac{\hbar^2}{2\mu} \left( \ell + \frac{1}{2} \right)^2 \frac{1}{R^2} \). Here, \( \lambda(\theta) \) is a renormalization factor, \( R \) denotes the cluster-daughter separation, and \( \theta \) is the emission angle. The authors emphasize the importance of antisymmetrization and Pauli-blocking effects, which necessitate a renormalization of the nuclear potential to achieve realistic decay widths.
The study further explores the competition between α decay and cluster radioactivity, particularly in the context of recently synthesized superheavy nuclei. The authors utilize various theoretical models, including the double-folding model (DFM), Unified Decay Formula (UDF), Universal curve (UNIV), Horoi’s law, and Universal Decay Law (UDL), to predict decay channels. Notably, while most models favor lighter cluster emissions and predict α decay as the dominant decay mode, the UDL framework identifies several heavier fragments, such as \( ^{90}Sr \) and \( ^{96}Zr \), as potential decay channels that could surpass α decay in certain superheavy nuclei. This highlights the nuanced interplay between different decay mechanisms in these exotic systems.