- Open Access
Statistical properties and photon strength functions of the isotopes below the neutron separation threshold
Phys. Rev. C 112, 024327 – Published 25 August, 2025
DOI: https://doi.org/10.1103/9lg8-3hpj
Abstract
Here we report on the measurements of the -ray strength functions and nuclear level densities of performed for the first time at the 9-MV Tandem accelerator facilities at Horia Hulubei Institute for Physics and Nuclear Engineering using the Oslo method. We extract thermodynamic properties and gross and fine properties of the pygmy dipole resonance for systematic comparison in the chain of Sn isotopes. The results are compared with microscopic models implemented in the TALYS reaction code and the fully microscopic quasiparticle-phonon model for the underlying nuclear structure of the dipole strength in . The quasiparticle-phonon model results show the importance of complex configurations to the low-energy dipole response in the pygmy dipole resonance energy region. The experimental data are further included in the cross section and reaction rate calculations for the reaction of the -process nuclei showing a significant increase in reaction rates at high temperatures compared to existing nuclear databases.
Physics Subject Headings (PhySH)
Article Text
References (97)
- S. Goriely, P. Dimitriou, M. Wiedeking, T. Belgya, R. Firestone, J. Kopecky, M. Krticka, V. Plujko, R. Schwengner, S. Siem et al., Eur. Phys. J. A 55, 172 (2019).
- T. Kawano, Y. Cho, P. Dimitriou, D. Filipescu, N. Iwamoto, V. Plujko, X. Tao, H. Utsunomiya, V. Varlamov, R. Xu et al., Nucl. Data Sheets 163, 109 (2020).
- M. Harakeh, Giant Resonances: Fundamental High-frequency Modes of Nnuclear Excitation (Oxford University Press, Oxford, 2001).
- A. Tamii, I. Poltoratska, P. von Neumann-Cosel, Y. Fujita, T. Adachi, C. A. Bertulani, J. Carter, M. Dozono, H. Fujita, K. Fujita et al., Phys. Rev. Lett. 107, 062502 (2011).
- K. Heyde, P. von Neumann-Cosel, and A. Richter, Rev. Mod. Phys. 82, 2365 (2010).
- R. Schwengner, S. Frauendorf, and A. C. Larsen, Phys. Rev. Lett. 111, 232504 (2013).
- N. Paar, D. Vretenar, E. Khan, and G. Colò, Rep. Prog. Phys. 70, R02 (2007).
- D. Savran, T. Aumann, and A. Zilges, Prog. Part. Nucl. Phys. 70, 210 (2013).
- A. Bracco, E. Lanza, and A. Tamii, Prog. Part. Nucl. Phys. 106, 360 (2019).
- E. G. Lanza, L. Pellegri, A. Vitturi, and M. V. Andrés, Prog. Part. Nucl. Phys. 129, 104006 (2023).
- M. Spieker, A. Heusler, B. A. Brown, T. Faestermann, R. Hertenberger, G. Potel, M. Scheck, N. Tsoneva, M. Weinert, H.-F. Wirth, and A. Zilges, Phys. Rev. Lett. 125, 102503 (2020).
- M. Weinert, M. Spieker, G. Potel, N. Tsoneva, M. Müscher, J. Wilhelmy, and A. Zilges, Phys. Rev. Lett. 127, 242501 (2021).
- M. Guttormsen, T. Ramsøy, and J. Rekstad, Nucl. Instrum. Methods A 255, 518 (1987).
- M. Guttormsen, T. S. Tveter, L. Bergholt, F. Ingebretsen, and J. Rekstad, Nucl. Instrum. Methods A 374, 371 (1996).
- A. Schiller, L. Bergholt, M. Guttormsen, E. Melby, J. Rekstad, and S. Siem, Nucl. Instrum. Methods A 447, 498 (2000).
- A. C. Larsen, M. Guttormsen, M. Krtička, E. Běták, A. Bürger, A. Görgen, H. T. Nyhus, J. Rekstad, A. Schiller, S. Siem et al., Phys. Rev. C 83, 034315 (2011).
- U. Agvaanluvsan, A. C. Larsen, M. Guttormsen, R. Chankova, G. E. Mitchell, A. Schiller, S. Siem, and A. Voinov, Phys. Rev. C 79, 014320 (2009).
- U. Agvaanluvsan, A. C. Larsen, R. Chankova, M. Guttormsen, G. E. Mitchell, A. Schiller, S. Siem, and A. Voinov, Phys. Rev. Lett. 102, 162504 (2009).
- H. K. Toft, A. C. Larsen, U. Agvaanluvsan, A. Bürger, M. Guttormsen, G. E. Mitchell, H. T. Nyhus, A. Schiller, S. Siem, N. U. H. Syed, and A. Voinov, Phys. Rev. C 81, 064311 (2010).
- H. K. Toft, A. C. Larsen, A. Bürger, M. Guttormsen, A. Görgen, H. T. Nyhus, T. Renstrøm, S. Siem, G. M. Tveten, and A. Voinov, Phys. Rev. C 83, 044320 (2011).
- M. Markova, P. von Neumann-Cosel, A. C. Larsen, S. Bassauer, A. Görgen, M. Guttormsen, F. L. Bello Garrote, H. C. Berg, M. M. Bjørøen, T. Dahl-Jacobsen et al., Phys. Rev. Lett. 127, 182501 (2021).
- M. Markova, A. C. Larsen, P. von Neumann-Cosel, S. Bassauer, A. Görgen, M. Guttormsen, F. L. Bello Garrote, H. C. Berg, M. M. Bjørøen, T. K. Eriksen et al., Phys. Rev. C 106, 034322 (2022).
- M. Markova, A. C. Larsen, G. M. Tveten, P. von Neumann-Cosel, T. K. Eriksen, F. L. Bello Garrote, L. Crespo Campo, F. Giacoppo, A. Görgen, M. Guttormsen et al., Phys. Rev. C 108, 014315 (2023).
- M. Markova, A. C. Larsen, P. von Neumann-Cosel, E. Litvinova, A. Choplin, S. Goriely, S. Martinet, L. Siess, M. Guttormsen, F. Pogliano et al., Phys. Rev. C 109, 054311 (2024).
- V. W. Ingeberg, S. Siem, M. Wiedeking, K. Sieja, D. L. Bleuel, C. P. Brits, T. D. Bucher, T. S. Dinoko, J. L. Easton, A. Görgen et al., Eur. Phys. J. A 56, 68 (2020).
- V. W. Ingeberg, P. Jones, L. Msebi, S. Siem, M. Wiedeking, A. A. Avaa, M. V. Chisapi, E. A. Lawrie, K. L. Malatji, L. Makhathini, S. P. Noncolela, and O. Shirinda, Phys. Rev. C 106, 054315 (2022).
- S. N. Liddick, A. C. Larsen, M. Guttormsen, A. Spyrou, B. P. Crider, F. Naqvi, J. E. Midtbø, F. L. Bello Garrote, D. L. Bleuel, L. Crespo Campo et al., Phys. Rev. C 100, 024624 (2019).
- D. Filipescu, A. Anzalone, D. L. Balabanski, S. S. Belyshev, F. Camera, M. L. Cognata, P. Constantin, L. Csige, P. V. Cuong, M. Cwiok et al., Eur. Phys. J. A 51, 185 (2015).
- S. Gales, D. L. Balabanski, F. Negoita, O. Tesileanu, C. A. Ur, D. Ursescu, and N. V. Zamfir, Phys. Scr. 91, 093004 (2016).
- S. Gales, K. A. Tanaka, D. L. Balabanski, F. Negoita, D. Stutman, O. Tesileanu, C. A. Ur, D. Ursescu, I. Andrei, S. Ataman et al., Rep. Prog. Phys. 81, 094301 (2018).
- K. A. Tanaka, K. M. Spohr, D. L. Balabanski, S. Balascuta, L. Capponi, M. O. Cernaianu, M. Cuciuc, A. Cucoanes, I. Dancus, A. Dhal et al., Matter Radiat. Extremes 5, 024402 (2020).
- P. Constantin, C. Matei, and C. A. Ur, Phys. Rev. Accel. Beams 27, 021601 (2024).
- J. Isaak, D. Savran, B. Löher, T. Beck, M. Bhike, U. Gayer, Krishichayan, N. Pietralla, M. Scheck, W. Tornow, V. Werner, A. Zilges, and M. Zweidinger, Phys. Lett. B 788, 225 (2019).
- F. Camera, H. Utsunomiya, V. Varlamov, D. Filipescu, V. Baran, A. Bracco, G. Colo, I. Gheorghe, T. Glodariu, C. Matei, and O. Wieland, Rom. Rep. Phys. 68, S539 (2016).
- M. Krzysiek, F. Camera, D. M. Filipescu, H. Utsunomiya, G. Colò, I. Gheorghe, and Y. Niu, Nucl. Instrum. MethodsA 916, 257 (2019).
- P.-A. Söderström, E. Açıksöz, D. L. Balabanski, F. Camera, L. Capponi, G. Ciocan, M. Cuciuc, D. M. Filipescu, I. Gheorghe, T. Glodariu, J. Kaur et al., Nucl. Instrum. Methods A 1027, 166171 (2022).
- C. Clisu, I. Gheorghe, D. Filipescu, T. Renstrøm, E. Aciksoz, M. Boromiza, N. Florea, G. Gosta, A. Ionescu, M. Krzysiek, A. Maj et al., EPJ Web Conf. 284, 01015 (2023).
- P.-A. Söderström, A. Kuşoğlu, and D. Testov, Front. Astron. Space Sci. 10, 1248834 (2023).
- P. Mohr, AIP Conf. Proc. 704, 532 (2004).
- H. Utsunomiya, P. Mohr, A. Zilges, and M. Rayet, Nucl. Phys. A 777, 459 (2006).
- T. Rauscher, Astrophys. J. Suppl. Series 201, 26 (2012).
- T. Rauscher, J. Phys.: Conf. Ser. 420, 012138 (2013).
- T. Rauscher, AIP Adv. 4, 041012 (2014).
- N. Nishimura, T. Rauscher, R. Hirschi, A. St. J. Murphy, G. Cescutti, and C. Travaglio, Mon. Not. R. Astron. Soc. 474, 3133 (2018).
- D. Bucurescu, I. Căta-Danil, G. Ciocan, C. Costache, D. Deleanu, R. Dima, D. Filipescu, N. Florea, D. G. Ghiţă, T. Glodariu, M. Ivaşcu et al., Nucl. Instrum. Methods A 837, 1 (2016).
- H. R. Weller, C. A. Ur, C. Matei, J. M. Mueller, M. H. Sikora, G. Suliman, V. Iancu, and Z. Yasin, Rom. Rep. Phys. 68, S447 (2016).
- A. Kuşoğlu, P. Constantin, P.-A. Söderström, D. L. Balabanski, M. Cuciuc, S. Aogaki, R. S. Ban, R. Borcea, R. Corbu, C. Costache, A. Covali et al., Nuovo Cimento C 47, 47 (2024).
- A. Kuşoğlu, D. L. Balabanski, R. Z. Hu, S. Q. Fan, F. R. Xu, P. Constantin, P.-A. Söderström, M. Cuciuc, S. Aogaki, R. S. Ban, R. Borcea et al., Phys. Rev. Lett. 133, 072502 (2024).
- O. Wieland, A. Bracco, F. Camera, S. Aogaki, D. L. Balabanski, E. Boicu, R. Borcea, M. Boromiza, I. Burducea, S. Calinescu et al., Nuovo Cimento C 47, 24 (2024).
- P.-A. Söderström, A. Kuşoğlu, D. L. Balabanski, M. Brezeanu, D. Choudhury, A. Gavrilescu, R. A. Guţoiu, S. Ioannidis, G. Lorusso, M. Markova et al., Nuovo Cimento C 47, 58 (2024).
- S. Aogaki, D. L. Balabanski, R. Borcea, P. Constantin, C. Costache, M. Cuciuc, A. Kuşoğlu, C. Mihai, R. E. Mihai, L. Stan et al., Nucl. Instrum. Methods A 1056, 168628 (2023).
- P.-A. Söderström, C. Matei, L. Capponi, E. Açıksöz, D. L. Balabanski, and I. O. Mitu, Appl. Radiat. Isot. 167, 109441 (2021).
- P.-A. Söderström, D. L. Balabanski, R. S. Ban, G. Ciocan, M. Cuciuc, A. Dhal, V. Fugaru, V. Iancu, A. Rotaru, A. B. Şerban et al., Appl. Radiat. Isot. 191, 110559 (2023).
- S. Agostinelli, J. Allison, K. Amako, J. Apostolakis, H. Araujo, P. Arce, M. Asai, D. Axen, S. Banerjee, G. Barrand et al., Nucl. Instrum. Methods A 506, 250 (2003).
- D. Lattuada, D. L. Balabanski, S. Chesnevskaya, M. Costa, V. Crucillà, G. L. Guardo, M. L. Cognata, C. Matei, R. G. Pizzone, S. Romano et al., EPJ Web Conf. 165, 01034 (2017).
- P.-A. Söderström, L. Capponi, V. Iancu, D. Lattuada, A. Pappalardo, G. V. Turturică, E. Açıksöz, D. L. Balabanski, P. Constantin, G. L. Guardo et al., J. Instrum. 14, T11007 (2019).
- D. M. Brink, Some Aspects of the Interaction of Fields with Matter, Ph.D. thesis, University of Oxford, Oxford, United Kingdom 1955.
- P. Axel, Phys. Rev. 126, 671 (1962).
- A. Gilbert and A. G. W. Cameron, Can. J. Phys. 43, 1446 (1965).
- S. Mughabghab, Atlas of Nneutron Resonances (Elsevier, Amsterdam, 2018).
- J. Kopecky and M. Uhl, Phys. Rev. C 41, 1941 (1990).
- T. von Egidy and D. Bucurescu, Phys. Rev. C 72, 044311 (2005).
- S. Bassauer, P. von Neumann-Cosel, P.-G. Reinhard, A. Tamii, S. Adachi, C. A. Bertulani, P. Y. Chan, A. D'Alessio, H. Fujioka, H. Fujita et al., Phys. Rev. C 102, 034327 (2020).
- P. von Neumann-Cosel and A. Tamii, Eur. Phys. J. A 55, 110 (2019).
- A. J. Koning, S. Hilaire, and M. C. Duijvestijn, in Proceedings of the International Conference on Nuclear Data for Science and Technology, edited by O. Bersillon, F. Gunsing, E. Bauge, R. Jacqmin, and S. Leray (EDP Sciences, Les Ulis, France, 2008), Vol. 211, p. 058.
- A. J. Koning and D. Rochman, Nucl. Data Sheets 113, 2841 (2012).
- S. G. Kadmenskii, V. P. Markushev, and V. I. Furman, Yad. Fiz. 37, 581 (1983) [Sov. J. Nucl. Phys. 37, 345 (1983)].
- V. V. Varlamov, B. S. Ishkhanov, V. N. Orlin, and V. A. Chetvertkova, Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 74, 833 (2010).
- Y. Sorokin, V. Krushchev, and B. Yurev, Izv. Akad. Nauk SSSR, Ser. Fiz. 36, 180 (1972) [Bull. Russ. Acad. Sci.: Phys. 36, 170 (1973)].
- Y. Sorokin and B. Yurev, Yad. Fiz. 20, 233 (1974) [Sov. J. Nucl. Phys. 20, 123 (1975)].
- H. P. Loens, K. Langanke, G. Martínez-Pinedo, and K. Sieja, Eur. Phys. J. A 48, 34 (2012).
- R. Brun and F. Rademakers, Nucl. Instrum. Methods A 389, 81 (1997).
- I. Antcheva, M. Ballintijn, B. Bellenot, M. Biskup, R. Brun, N. Buncic, P. Canal, D. Casadei, O. Couet, V. Fine et al., Comput. Phys. Commun. 180, 2499 (2009).
- N. Tsoneva and H. Lenske, Phys. Rev. C 77, 024321 (2008).
- M. Markova, P. von Neumann-Cosel, and E. Litvinova, Phys. Lett. B 860, 139216 (2025).
- W. Thomas, Sci. Nat. 13, 627 (1925).
- F. Reiche and W. Thomas, Z. Phys. 34, 510 (1925).
- W. Kuhn, Z. Phys. 33, 408 (1925).
- M. Guttormsen, M. Hjorth-Jensen, E. Melby, J. Rekstad, A. Schiller, and S. Siem, Phys. Rev. C 63, 044301 (2001).
- H. T. Nyhus, S. Siem, M. Guttormsen, A. C. Larsen, A. Bürger, N. U. H. Syed, H. K. Toft, G. M. Tveten, and A. Voinov, Phys. Rev. C 85, 014323 (2012).
- P. Roy, K. Banerjee, T. K. Rana, S. Kundu, D. Pandit, N. Quang Hung, T. K. Ghosh, S. Mukhopadhyay, D. Mondal, G. Mukherjee et al., Eur. Phys. J. A 57, 48 (2021).
- M. Guttormsen, R. Chankova, M. Hjorth-Jensen, J. Rekstad, S. Siem, A. Schiller, and D. J. Dean, Phys. Rev. C 68, 034311 (2003).
- H. von Helmholtz, On the thermodynamics of chemical processes, in Physical Memoirs: Selected and Translated from Foregin Sources (Taylor & Francis, London, 1889), Vol. I, p. 43.
- J. Lee and J. M. Kosterlitz, Phys. Rev. Lett. 65, 137 (1990).
- J. Lee and J. M. Kosterlitz, Phys. Rev. B 43, 3265 (1991).
- N. Tsoneva, H. Lenske, and C. Stoyanov, Phys. Lett. B 586, 213 (2004).
- N. Tsoneva and H. Lenske, Phys. At. Nucl. 79, 885 (2016).
- A. Tonchev, N. Tsoneva, C. Bhatia, C. Arnold, S. H. S. Goriely, J. Kelley, H. L. E. Kwan, J. Piekarewicz, G. R. R. Raut, T. Shizuma, and W. Tornow, Phys. Lett. B 773, 20 (2017).
- V. G. Soloviev, Theory of Complex Nuclei (Pergamon Press, Oxford, 1976).
- N. T. M. Grinberg, Ch. Stoyanov, Phys. Part. Nuclei 29, 606 (1998).
- T. Shizuma, S. Endo, A. Kimura, R. Massarczyk, R. Schwengner, R. Beyer, T. Hensel, H. Hoffmann, A. Junghans, K. Römer et al., Phys. Rev. C 106, 044326 (2022).
- W. Hauser and H. Feshbach, Phys. Rev. 87, 366 (1952).
- S. Goriely, S. Hilaire, and A. J. Koning, Astron. Astrophys. 487, 767 (2007).
- A. J. Koning, D. Rochman, J.-Ch. Sublet, N. Dzysiuk, M. Fleming, and S. van der Marck, Nucl. Data Sheets 155, 1 (2019).
- D. Rochman, A. Koning, S. Goriely, and S. Hilarie, Nucl. Phys. A 1053, 122951 (2025).
- S. Goriely, AIP Conf. Proc. 704, 375 (2004).
- Y. Xu, S. Goriely, A. Jorissen, G. L. Chen, and M. Arnould, Astron. Astrophys. 549, A106 (2013).