The Unusual High-Spin Isomer in 182Os
and the Proton-Neutron Interaction in High-j Orbits
Naoki Tajima and Naoki Onishi
Institute of Physics, College of General Education,
University of Tokyo
abstract: The characteristic decay pattern of the
recently observed high-spin isomer in 182Os is studied
within the framework of a particle-rotor model involving
the interaction between protons and neutrons in intruder
orbitals. The isomer is realized as the band-head of a
two-proton-two-neutron-aligned band from the present
calculation.
１． 陽子・中性子間相互作用の性質
変形核の 10 �◆� 20 �△粒儕親偉摸琉茲任慮加�な現象に、慣性能率の（第
一）後方歪曲があり、一対の同種核子の回転整列によると理解されている。理
論的にこれを再現するには、回転整列を促進する要因（コリオリ力）と妨害す
る要因（対相関力・軸対称変形場）を模型に取り入れれば、定性的には十分で
ある。しかし、第二後方歪曲が問題になるような更に高い角運動量（典型的に
は 〜 30 �◆砲両�態やイラストから励起した状態に関する最近の実験データ
を正しく理解するためには、従来の模型では無視されていた新たな要素を取り
入れる必要が出て来る可能性がある。
我々は、そう言った要素の一つとして、（高スピン核で重要な役割を果たす）
貫入軌道（intruder orbital）に於ける陽子・中性子間の相互作用の重要性を、
強調して来た。例えば Ref.[1] の方法で計算した殻模型の核子間有効相互作
用を表１に示したが、同種核子間の相互作用は２核子のスピンを０に組ませる
傾向を持ち、対相関場として良く近似できるのに対し、異種核子間のそれは、
少なくとも貫入軌道では、逆に、２核子の角運動量を整列させる傾向の方が強
い。これは、重陽子ではＳ＝１であることから解るように、異種核子間相互作
用がスピン三重項を好むためだと理解できる。貫入軌道はＬ・Ｓ力によって優
遇された軌道であるから、そこではスピンと軌道角運動量とは並行である。従っ
て、スピンが並行であることは全角運動量の整列を意味する。
このことから、高スピン・高励起状態のように複数の核子対が回転整列して
いる場合には、これらの離対核子間には、同種核子間の対相関的な力はあまり
働かないが、異種核子間力は強く働き、核の構造に大きく影響する可能性があ
る。
２． 182Ｏs の高スピン・アイソマーの特徴と解釈
陽子・中性子間相互作用が重要な働きをしていると考えられる実験事実の一
つに、Pedersen らによって182Ｏs に発見された特異な崩壊形式を示す高スピ
ン・アイソマーがある [2]。Ｏs の他の同位体にも類似した性質を示す高スピ
ン・アイソマーが発見されている [3]。
陽子の２つ少ないＨf の同位体には、多くの高スピン・アイソマーが見つかっ
ているが [4]、これらは典型的な高Ｋ・アイソマーである。これは殻効果で説
明できる [5]。一方、182Ｏs の高スピン・アイソマーは、(20±2)�△離好團�
を持っていると推定されるのだが、高Ｋ・アイソマーとは、次の点で明らかに
異なった崩壊の仕方を示す。
１）半減期は 100 ns で、Ｋ 〜 20 �� の高Ｋ・アイソマーにしては短い。
２）アイソマーは崩壊後、約 90 ％ が第一後方歪曲前後（Ｉ＝ 10�◆�
18�◆砲離ぅ薀好函Ε丱鵐鼻複鵐丱鵐鼻砲両�態に落ちてくる。高Ｋ・
アイソマーならば、ｓバンドのようにＫ量子数の期待値が小さいバン
ドへの遷移は、Ｋ選択則によって妨げられるはずである。
３）アイソマーの脱励起に帰せられるガンマ線は、少なくとも 100 〜150
本発見されている [6]。（崩壊経路・中間状態はまだ同定されていな
い。） 高Ｋ・アイソマーの場合は、Ｋ選択則により崩壊経路はほと
んど一本道となり、ガンマ線の本数も少ない。
発見者の Pedersen らは、次のように解釈している。このアイソマー自体は
Ｈf などに見られる高Ｋ・アイソマーと類似した構造を持つものである。その
替わり、Ｏs のガンマ・ソフト性のため、ｓバンドでは回転整列した２中性子
の偏極効果により核の形状が三軸非対称化している可能性がある。そうならば
様々なＫ量子数の期待値を持った回転準位が存在するので、高Ｋ・アイソマー
はそれらの状態を伝いながら、小さなΔＫの遷移によってｓバンドへ脱励起す
ることができる。
しかしｓバンドから派生した準位だけでは 100 本以上ものガンマ線は説明
できない。（Ref.[2] の段階ではまだ 30 本のガンマ線しか見つかっていなかっ
た。） また、アイソマーが貫入軌道以外の軌道の関与するＫバンド的な構造
を持っているとすると、多数の負パリティー・バンドへ流れる全強度が 10 ％
以下しかないと言う事実を説明するには無理があるとも考えられる。
これにたいして我々は、上記の ２）から、アイソマー自体も回転整列バン
ド的な構造を持っていると予想した。アイソマーのスピン （18 〜 22）�� は
ｈ11/2 軌道の２陽子と ｉ13/2 軌道の２中性子のスピンの整列した値（22 �◆�
に近いことから、このアイソマーは、２陽子・２中性子が回転整列したバンド
のバンド・ヘッドである可能性がある。なぜならば、陽子・中性子間相互作用
によって陽子と中性子のスピンが整列した配位は安定になり、他の配位と混ざ
りにくい。その結果、波動関数の重なりの小ささにより、バンド外への遷移が
阻害されると考えられるからである。
３． 数値計算の結果
我々の予想を確かめるため、粒子・回転子模型による数値計算を行った [7]。
模型についての詳細は Ref.[8] および本研究会の池田秋津氏の報告を参照さ
れたい。我々の模型の新しい点は、粒子自由度としてｉ13/2 軌道の中性子の
他にｈ11/2 軌道の陽子も同時に取り入れたことである。また、芯（回転子）
にガンマ・ソフトなボーア模型を採用したが、この影響についてはここでは触
れない。状態空間の切断の方法や種々のパラメタの値については、Ref.[7] に
詳述してある。
【図１(省略)】
図１に計算されたエネルギー準位を示した。図中、●−−−● がｓバンド
を、○−−−○ が最もエネルギーの低い２陽子・２中性子バンド（２π２ν
バンド）を、▲−−−▲ がｇバンドを、・がその他の準位を表している。
Ｅ２遷移の計算結果によると、ほとんどの準位が回転バンドを成しているこ
とが分った。特にｓバンド付近の、２核子が回転整列した構造を持つ準位につ
いては、B(E2) 値の大きい遷移を・−−−−・の様に点線でつないでバンド構
造を示しておいた。（図のバンド端の位置やバンドの本数にはあまり意味はな
い。） エネルギーの低い方から、偶スピンの回転整列バンドと奇スピンの回
転整列バンドが交互に現れていることが分かる [9]。
２陽子・２中性子整列状態の中で最もエネルギーが低いバンド（図中の ○
−−−○）の先端付近の状態は、予想どおり寿命が長い。ただし、先頭の 20+
の状態の半減期は 80 ps で、（同程度の励起エネルギーを持つ２粒子整列状
態に較べれば 2 〜 3 桁長い寿命である） むしろ 21+ 状態の方が 2.7 ns
と長い。（21+ から 20+ へのバンド内遷移はエネルギー差が小さいために強
くない。） これは、このバンドの 20+ 状態が、偶然エネルギー準位が近い
所にある２核子回転整列状態との間で、波動関数の混合を起こしたためである
と考えられる。この付近の状態間の B(E2) 値からも、この混合は裏付けられ
ている。
ただし、模型の粗さを考慮すると、エネルギー準位の偶然縮退の実際の核で
の有無は明確でなく、20+ がアイソマーである可能性もある。
計算値の 2.7 ns は、実験値の 100 ns に較べてかなり短い。この原因のひ
とつは、今回の計算ではイラスト付近の準位間隔が実験値に較べて大きいこと
である。また、もし偶然縮退がなければ、20+ はもっと長い寿命を持つことが
予想される。
【図２(省略)】
図２には、21+ 状態からの（強度 1% 以上の）崩壊経路を実線で示した。図
１のようにｓバンドに並行して走るｓバンドに類似した２核子整列構造を持つ
バンドが多数あるが、崩壊経路はそれらの中を通りつつ漸次ｓバンドへ落ちる
形をとる。この結果は実験と定性的に一致している。イラスト内遷移に属さな
いガンマ線は、強度 0.1% 以上のものが 43 本ある。（20+ からの場合は 76
本ある。）
４． まとめ
１）２陽子・２中性子回転整列バンドの先端付近の状態が、陽子・中性子
間相互作用によって貫入軌道配位の純粋性が保たれるため、バンド外
への遷移が阻害されて、高励起であるにも関わらずアイソマーになる。
２）ｓバンドに並行して走る多数のｓバンド様のバンドがあり、アイソマ
ーからの崩壊経路はこれらを通りつつ漸次ｓバンドへ落ちる形をとる。
この仕事の計算費の一部は RCNP によって援助されたものである。
References
[1] N. Onishi and J. W. Negele, Nucl. Phys. A301, 336 (1978)
[2] J. Pedersen, et al., Phys. Rev. Lett. 54, 306 (1985)
[3] J. Pedersen, et al., Z. Phys. A321, 567 (1985)
[4] M.J.A. de Voigt, et al., Rev. Mod. Phys. 55, 1011-1012 (1983)
[5] S. Aberg, Nucl. Phys. A306, 89 (1978)
[6] J. Pedersen, private communication
[7] N. Tajima amd N. Onishi, preprint( UT-Komaba 86-8 May, 1986)
to be published in Phys. Lett. B
[8] A. Ikeda and N.Onishi, Prog. Theor. Phys. 70, 128 (1983)
[9] A. Ikeda, Nucl. Phys. A452, 423 (1986)