- Open Access
Charge radii and electromagnetic moments of : Exploring the “southern” border of the octupole-deformation region
Phys. Rev. C 112, 034304 – Published 4 September, 2025
DOI: https://doi.org/10.1103/sltw-g4d6
Abstract
The changes in the mean-squared charge radii relative to () and the magnetic dipole and electric quadrupole moments in have been measured using the in-source resonance-ionization spectroscopy technique at ISOLDE (CERN). Magnetic moments of odd-odd bismuth nuclei have been analyzed by the additivity relation. Previous tentative spin-parity and configuration assignments based on the -decay feeding patterns have been supported. A normal odd-even staggering in charge radii of bismuth isotopes with has been observed. The new data for the of bismuth isotopes allow a study of the isotonic dependencies in the charge radii, revealing jumps in and at . This pattern could be explained by a sudden onset of octupole deformation at and 134 when going from polonium () to astatine ().
Physics Subject Headings (PhySH)
Article Text
References (70)
- P. A. Butler, Proc. R. Soc. A 476, 20200202 (2020).
- P. A. Butler and W. Nazarewicz, Rev. Mod. Phys. 68, 349 (1996).
- P. Möller, R. Bengtsson, B. Carlsson, P. Olivius, T. Ichikawa, H. Sagawa, and A. Iwamoto, At. Data Nucl. Data Tables 94, 758 (2008).
- P. A. Butler, J. Phys. G: Nucl. Part. Phys. 43, 073002 (2016).
- S. E. Agbemava, A. V. Afanasjev, and P. Ring, Phys. Rev. C 93, 044304 (2016).
- L. P. Gaffney, P. A. Butler, M. Scheck, A. B. Hayes, F. Wenander, M. Albers, B. Bastin, C. Bauer, A. Blazhev, S. Bönig, N. Bree, J. Cederkäll, T. Chupp, D. Cline, T. E. Cocolios, T. Davinson, H. De Witte, J. Diriken, T. Grahn, A. Herzan et al., Nature (London) 497, 199 (2013).
- Y. Cao, S. E. Agbemava, A. V. Afanasjev, W. Nazarewicz, and E. Olsen, Phys. Rev. C 102, 024311 (2020).
- V. Spevak, N. Auerbach, and V. V. Flambaum, Phys. Rev. C 56, 1357 (1997).
- V. V. Flambaum and V. A. Dzuba, Phys. Rev. A 101, 042504 (2020).
- H. Iimura and F. Buchinger, Phys. Rev. C 78, 067301 (2008).
- E. Verstraelen, A. Teigelhöfer, W. Ryssens, F. Ames, A. Barzakh, M. Bender, R. Ferrer, S. Goriely, P.-H. Heenen, M. Huyse, P. Kunz, J. Lassen, V. Manea, S. Raeder, and P. Van Duppen, Phys. Rev. C 100, 044321 (2019).
- I. Angeli and K. Marinova, At. Data Nucl. Data Tables 99, 69 (2013).
- X. Yang, S. Wang, S. Wilkins, and R. Garcia Ruiz, Prog. Part. Nucl. Phys. 129, 104005 (2023).
- S. Ahmad, W. Klempt, R. Neugart, E. Otten, P.-G. Reinhard, G. Ulm, and K. Wendt, Nucl. Phys. A 483, 244 (1988).
- E. W. Otten, in Treatise on Heavy Ion Science: Vol. 8: Nuclear Far From Stability, edited by D. A. Bromley (Springer, Boston, MA, 1989), pp. 517–638.
- G. Leander and R. Sheline, Nucl. Phys. A 413, 375 (1984).
- A. E. Barzakh, J. G. Cubiss, A. N. Andreyev, M. D. Seliverstov, B. Andel, S. Antalic, P. Ascher, D. Atanasov, D. Beck, J. Bieroń, K. Blaum, C. Borgmann, M. Breitenfeldt, L. Capponi, T. E. Cocolios, T. Day Goodacre, X. Derkx, H. De Witte, J. Elseviers, D. V. Fedorov et al., Phys. Rev. C 99, 054317 (2019).
- W. Borchers, R. Neugart, E. W. Otten, H. T. Duong, G. Ulm, and K. Wendt (ISOLDE Collaboration), Hyperfine Interact. 34, 25 (1987).
- I. Budinčević, J. Billowes, M. L. Bissell, T. E. Cocolios, R. P. de Groote, S. De Schepper, V. N. Fedosseev, K. T. Flanagan, S. Franchoo, R. F. Garcia Ruiz, H. Heylen, K. M. Lynch, B. A. Marsh, G. Neyens, T. J. Procter, R. E. Rossel, S. Rothe, I. Strashnov, H. H. Stroke, and K. D. A. Wendt, Phys. Rev. C 90, 014317 (2014).
- K. M. Lynch, S. G. Wilkins, J. Billowes, C. L. Binnersley, M. L. Bissell, K. Chrysalidis, T. E. Cocolios, T. D. Goodacre, R. P. de Groote, G. J. Farooq-Smith, D. V. Fedorov, V. N. Fedosseev, K. T. Flanagan, S. Franchoo, R. F. Garcia Ruiz, W. Gins, R. Heinke, A. Koszorús, B. A. Marsh, P. L. Molkanov et al., Phys. Rev. C 97, 024309 (2018).
- D. A. Fink, T. E. Cocolios, A. N. Andreyev, S. Antalic, A. E. Barzakh, B. Bastin, D. V. Fedorov, V. N. Fedosseev, K. T. Flanagan, L. Ghys, A. Gottberg, M. Huyse, N. Imai, T. Kron, N. Lecesne, K. M. Lynch, B. A. Marsh, D. Pauwels, E. Rapisarda, S. D. Richter et al., Phys. Rev. X 5, 011018 (2015).
- R. Catherall, W. Andreazza, M. Breitenfeldt, A. Dorsival, G. J. Focker, T. P. Gharsa, G. T. J, J.-L. Grenard, F. Locci, P. Martins, S. Marzari, J. Schipper, A. Shornikov, and T. Stora, J. Phys. G: Nucl. Part. Phys. 44, 094002 (2017).
- V. Fedosseev, K. Chrysalidis, T. D. Goodacre, B. Marsh, S. Rothe, C. Seiffert, and K. Wendt, J. Phys. G: Nucl. Part. Phys. 44, 084006 (2017).
- S. Rothe, T. Day Goodacre, D. Fedorov, V. Fedosseev, B. Marsh, P. Molkanov, R. Rossel, M. Seliverstov, M. Veinhard, and K. Wendt, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B 376, 91 (2016).
- M. Seliverstov, A. Barzakh, R. Ahmed, K. Chrysalidis, T. D. Goodacre, D. Fedorov, V. Fedoseev, C. Granados, B. Marsh, P. Molkanov, V. Panteleev, R. E. Rossel, S. Rothe, and S. Wilkins (IS608 Collaboration), Hyperfine Interact. 241, 40 (2020).
- S. Rothe, V. Fedosseev, T. Kron, B. Marsh, R. Rossel, and K. Wendt, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B 317, 561 (2013).
- M. D. Seliverstov, T. E. Cocolios, W. Dexters, A. N. Andreyev, S. Antalic, A. E. Barzakh, B. Bastin, J. Büscher, I. G. Darby, D. V. Fedorov, V. N. Fedosseev, K. T. Flanagan, S. Franchoo, G. Huber, M. Huyse, M. Keupers, U. Köster, Y. Kudryavtsev, B. A. Marsh, P. L. Molkanov et al., Phys. Rev. C 89, 034323 (2014).
- R. Wolf, F. Wienholtz, D. Atanasov, D. Beck, K. Blaum, C. Borgmann, F. Herfurth, M. Kowalska, S. Kreim, Y. A. Litvinov, D. Lunney, V. Manea, D. Neidherr, M. Rosenbusch, L. Schweikhard, J. Stanja, and K. Zuber, Int. J. Mass Spectrom. 349-350, 123 (2013).
- A. E. Barzakh, D. Atanasov, A. N. Andreyev, M. A. Monthery, N. A. Althubiti, B. Andel, S. Antalic, K. Blaum, T. E. Cocolios, J. G. Cubiss, P. Van Duppen, T. D. Goodacre, A. de Roubin, G. J. Farooq-Smith, D. V. Fedorov, V. N. Fedosseev, D. A. Fink, L. P. Gaffney, L. Ghys, R. D. Harding et al., Phys. Rev. C 101, 064321 (2020).
- ISOLDE Decay Station, https://isolde-ids.web.cern.ch/ [Online; accessed 04.05.2025].
- B. Andel, P. Van Duppen, A. N. Andreyev, A. Blazhev, H. Grawe, R. Lică, H. Naïdja, M. Stryjczyk, A. Algora, S. Antalic, A. Barzakh, J. Benito, G. Benzoni, T. Berry, M. J. G. Borge, K. Chrysalidis, C. Clisu, C. Costache, J. G. Cubiss, H. De Witte et al. (IDS Collaboration), Phys. Rev. C 104, 054301 (2021).
- A. Barzakh, A. N. Andreyev, C. Raison, J. G. Cubiss, P. Van Duppen, S. Péru, S. Hilaire, S. Goriely, B. Andel, S. Antalic, M. Al Monthery, J. C. Berengut, J. Bieroń, M. L. Bissell, A. Borschevsky, K. Chrysalidis, T. E. Cocolios, T. Day Goodacre, J.-P. Dognon, M. Elantkowska et al., Phys. Rev. Lett. 127, 192501 (2021).
- B. Andel, A. N. Andreyev, A. Blazhev, R. Lică, H. Naïdja, M. Stryjczyk, P. Van Duppen, A. Algora, S. Antalic, A. Barzakh, J. Benito, G. Benzoni, T. Berry, M. J. G. Borge, K. Chrysalidis, C. Clisu, C. Costache, J. G. Cubiss, H. De Witte, D. V. Fedorov et al. (IDS Collaboration), Phys. Rev. C 109, 064321 (2024).
- A. Andreyev (unpublished).
- J. Kurpeta, A. Płochocki, A. Andreyev, J. Äystö, A. De Smet, H. De Witte, A.-H. Evensen, V. Fedoseyev, S. Franchoo, M. Górska, H. Grawe, M. Huhta, M. Huyse, Z. Janas, A. Jokinen, M. Karny, E. Kugler, U. Kurcewicz, W. Köster, J. Lettry et al. (IS387 Collaboration and ISOLDE Collaboration), Eur. Phys. J. A 18, 31 (2003).
- J. Kurpeta, A. Płochocki, A. Andreyev, J. Äystö, A. De Smet, H. De Witte, A.-H. Evensen, V. Fedoseyev, S. Franchoo, M. Górska, M. Huhta, M. Huyse, Z. Janas, A. Jokinen, M. Karny, E. Kugler, U. Kurcewicz, W. Köster, J. Lettry, A. Nieminen et al. (IS387 Collaboration and ISOLDE Collaboration), Eur. Phys. J. A 18, 5 (2003).
- A. Gottardo, J. J. Valiente-Dobón, G. Benzoni, S. Lunardi, A. Gadea, A. Algora, N. Al-Dahan, G. de Angelis, Y. Ayyad, D. Bazzacco, J. Benlliure, P. Boutachkov, M. Bowry, A. Bracco, A. M. Bruce, M. Bunce, F. Camera, E. Casarejos, M. L. Cortes, F. C. L. Crespi et al., Phys. Rev. C 90, 034317 (2014).
- H. De Witte, A. N. Andreyev, I. N. Borzov, E. Caurier, J. Cederkäll, A. De Smet, S. Eeckhaudt, D. V. Fedorov, V. N. Fedosseev, S. Franchoo, M. Górska, H. Grawe, G. Huber, M. Huyse, Z. Janas, U. Köster, W. Kurcewicz, J. Kurpeta, A. Płochocki, K. Van de Vel et al., Phys. Rev. C 69, 044305 (2004).
- A. I. Morales, G. Benzoni, A. Gottardo, J. J. Valiente-Dobón, N. Blasi, A. Bracco, F. Camera, F. C. L. Crespi, A. Corsi, S. Leoni, B. Million, R. Nicolini, O. Wieland, A. Gadea, S. Lunardi, M. Górska, P. H. Regan, Z. Podolyák, M. Pfützner, S. Pietri et al., Phys. Rev. C 89, 014324 (2014).
- J. Kurpeta, A. Andreyev, J. Äystö, A.-H. Evensen, M. Huhta, M. Huyse, A. Jokinen, M. Karny, E. Kugler, J. Lettry, A. Nieminen, A. Płochocki, M. Ramdhane, H. Ravn, K. Rykaczewski, J. Szerypo, P. Van Duppen, G. Walter, and A. Wöhr (ISOLDE Collaboration), Eur. Phys. J. A 7, 49 (2000).
- F. Kondev, M. Wang, W. Huang, S. Naimi, and G. Audi, Chin. Phys. C 45, 030001 (2021).
- E. Lingeman, J. Konijn, P. Polak, and A. Wapstra, Nucl. Phys. A 133, 630 (1969).
- Z. Berant, R. B. Schuhmann, D. E. Alburger, W. T. Chou, R. L. Gill, E. K. Warburton, and C. Wesselborg, Phys. Rev. C 43, 1639 (1991).
- R. J. Hull and G. O. Brink, Phys. Rev. A 1, 685 (1970).
- S. Schmidt, J. Billowes, M. Bissell, K. Blaum, R. Garcia Ruiz, H. Heylen, S. Malbrunot-Ettenauer, G. Neyens, W. Nörtershäuser, G. Plunien, S. Sailer, V. Shabaev, L. Skripnikov, I. Tupitsyn, A. Volotka, and X. Yang, Phys. Lett. B 779, 324 (2018).
- M. Bissel (unpublished).
- P. Campbell, I. Moore, and M. Pearson, Prog. Part. Nucl. Phys. 86, 127 (2016).
- M. R. Pearson, P. Campbell, K. Leerungnavarat, J. Billowes, I. S. Grant, M. Keim, J. Kilgallon, I. D. Moore, R. Neugart, M. Neuroth, and S. Wilbert (ISOLDE Collaboration), J. Phys. G: Nucl. Part. Phys. 26, 1829 (2000).
- A. E. Barzakh, D. V. Fedorov, V. S. Ivanov, P. L. Molkanov, F. V. Moroz, S. Y. Orlov, V. N. Panteleev, M. D. Seliverstov, and Y. M. Volkov, Phys. Rev. C 95, 044324 (2017).
- W. J. Tomlinson and H. H. Stroke, Phys. Rev. Lett. 8, 436 (1962).
- M. Anselment, W. Faubel, S. Göring, A. Hanser, G. Meisel, H. Rebel, and G. Schatz, Nucl. Phys. A 451, 471 (1986).
- T. E. Cocolios, W. Dexters, M. D. Seliverstov, A. N. Andreyev, S. Antalic, A. E. Barzakh, B. Bastin, J. Büscher, I. G. Darby, D. V. Fedorov, V. N. Fedosseyev, K. T. Flanagan, S. Franchoo, S. Fritzsche, G. Huber, M. Huyse, M. Keupers, U. Köster, Y. Kudryavtsev, E. Mané et al., Phys. Rev. Lett. 106, 052503 (2011).
- B. Cheal, T. E. Cocolios, and S. Fritzsche, Phys. Rev. A 86, 042501 (2012).
- J. G. Cubiss, A. E. Barzakh, M. D. Seliverstov, A. N. Andreyev, B. Andel, S. Antalic, P. Ascher, D. Atanasov, D. Beck, J. Bieroń, K. Blaum, C. Borgmann, M. Breitenfeldt, L. Capponi, T. E. Cocolios, T. Day Goodacre, X. Derkx, H. De Witte, J. Elseviers, D. V. Fedorov et al., Phys. Rev. C 97, 054327 (2018).
- V. A. Dzuba, W. R. Johnson, and M. S. Safronova, Phys. Rev. A 72, 022503 (2005).
- M. R. Kalita, J. A. Behr, A. Gorelov, M. R. Pearson, A. C. DeHart, G. Gwinner, M. J. Kossin, L. A. Orozco, S. Aubin, E. Gomez, M. S. Safronova, V. A. Dzuba, and V. V. Flambaum, Phys. Rev. A 97, 042507 (2018).
- L. W. Wansbeek, S. Schlesser, B. K. Sahoo, A. E. L. Dieperink, C. J. G. Onderwater, and R. G. E. Timmermans, Phys. Rev. C 86, 015503 (2012).
- G. Fricke and K. Heilig, in Nuclear Charge Radii, edited by H. Schopper (Springer, Berlin, 2004), pp. 1–385.
- I. Angeli, Y. P. Gangrsky, K. P. Marinova, I. N. Boboshin, S. Y. Komarov, B. S. Ishkhanov, and V. V. Varlamov, J. Phys. G: Nucl. Part. Phys. 36, 085102 (2009).
- A. E. Barzakh and V. P. Denisov, Z. Phys. A 346, 265 (1993).
- B. A. Brown and K. Minamisono, Phys. Rev. C 106, L011304 (2022).
- S. A. Ahmad, W. Klempt, C. Ekström, R. Neugart, and K. Wendt, Z. Phys. A 321, 35 (1985).
- P. Möller, J. Nix, W. Myers, and W. Swiatecki, At. Data Nucl. Data Tables 59, 185 (1995).
- G. A. Leander and Y. S. Chen, Phys. Rev. C 37, 2744 (1988).
- G. Neyens, Rep. Prog. Phys. 66, 633 (2003).
- L. V. Skripnikov and A. E. Barzakh, Phys. Rev. C 109, 024315 (2024).
- A. E. Barzakh, D. V. Fedorov, V. S. Ivanov, P. L. Molkanov, F. V. Moroz, S. Y. Orlov, V. N. Panteleev, M. D. Seliverstov, and Y. M. Volkov, Phys. Rev. C 97, 014322 (2018).
- G. Torbohm, B. Fricke, and A. Rosén, Phys. Rev. A 31, 2038 (1985).
- J. Libert, B. Roussière, and J. Sauvage, Nucl. Phys. A 786, 47 (2007).
- R. Silwal, A. Lapierre, J. D. Gillaspy, J. M. Dreiling, S. A. Blundell, Dipti, A. Borovik, G. Gwinner, A. C. C. Villari, Y. Ralchenko, and E. Takacs, Phys. Rev. A 98, 052502 (2018).