Badania eksperymentalne kolektywnej struktury nuklidów z pobliża jąder magicznych- 40 Ca i 56 Ni, przy wysokim spinie

Transkrypt

1 Piotr Bednarczyk Instytut Fizyki Jądrowej im. Henryka Niewodniczańskiego Polskiej Akademii Nauk Badania eksperymentalne kolektywnej struktury nuklidów z pobliża jąder magicznych- 40 Ca i 56 Ni, przy wysokim spinie

2 IFJ PAN, NZ22, Spektroskopia Wysokospinowa i Rozwój Aparatury: P.Bednarczyk, M.Ciemała*, A.Czermak, B.Dulny, B.Fornal, J.Grębosz, M.Kmiecik, M.Krzysiek*, A.Maj, M.Matejska- Minda*, K.Mazurek, W.Męczyński, B.Sowicki, J.Styczeń, M.Ziębliński *student PhD Współpraca z laboratoriami akceleratorowymi: IPHC-IRES, Strasbourg, Fr LNL-INFN, Legnaro, It GANIL, Caen, Fr

3 Program Wprowadzenie: - deformacja jądrowa na przykładzie pasm superzdeformowanych - rotacja a koherentny ruch jednocząstkowy - zakończenie pasm rotacyjnych Wielodetektorowe spektrometry gamma, przełom w badaniach struktury jądra Rola detektorów pomocniczych - krakowski Detektor Jąder Odrzutu (RFD) Wysokospinowa spektroskopia g izobarów A=45 (Sc, Ti, V), -Znaczenie wyników dla rozwoju metod średniego pola Identyfikacja silnej deformacji w obszarze jąder trójosiowych A~70 Perspektywy pomiarów koincydencyjnych g-jądro odrzutu na wiązkach radioaktywnych

4 Kształty jąder atomowych Deformacja kwadrupolowa: r~(1 + β 2 Y 20 θ, φ ) β 2 ~ R R Moment elektryczny kwadrupolowy: eq 0 3 5π ZeR 0 2 β β 2

5 Stabilizacja kształtu poprzez efekty powłokowe V MHO r = 1 2 Mω2 r 2 g b R 3 :R ^ β 2 ~ ω ω 3 ω 0 Stan metastabilny (izomer kształtu) Cząstka w polu o osiowej deformacji

6 SUPERDEFORMACJA- rotacja bryły sztywnej moment bezwładności: I = const. P.Twin et al., 1986? J J + 1 K2 E rot = ħ 2I b bsin(g+30) ħω 1 2 E γ Widmo promieni g

7 Rotacja czy koherentny ruch nukleonów? B E2 1 E γ 5 τ B E2 τ~fs e 2 Q 0 2 W. u. B E2 W. u. τ~ps Specyficzna własność jądra atomowego- wysycenie rotacji przy najwyższych spinach

8 Zanik i przywrócenie kolektywności przy najwyższych spinach E.Paul et al. (2007)

9 Obszary jąder zdeformowanych Poszukiwanie uniwersalnej teorii jądra konsystentny opis wszystkich nuklidów -Teoria Funkcjonału Jądrowego -H NUCL ( r(r), j(r), r (r), j (r), ) -Siła Skyrme + Hertree-Fock Jądra pierwiastków ziem rzadkich -idealny rotor jądrowy (SD) -maksymalny spin >> 100ħ -teoria makroskopowa (liquid drop) z poprawką powłokową Jądra powloki f7/2 -wysoka kolektywnosć [B(E2) >>W.u.] -maksymalny spin < 20ħ -pełny opis Modelem Powłokowym- SM Jądra powloki pf -znane pasma SD -maksymalny spin < 30ħ -niestabilne kształty (g-soft) -w zasięgu SM

10 Złota dekada w spektroskopii g i optymistyczne prognozy Spektroskopia jąder egzotycznych na wiązkach radioaktywnych Egzotyczne mody kolektywne: -trójosiowość -rotacja magnetyczna -wysycanie pasm rotacyjnych -poszukiwanie HD Odkrycie SD KONIECZNE DETEKTORY POMOCNICZE!

11 Rewolucja w badaniach strukturalnych-wielodetektorowe spektrometry g Detektory kompozytowe duża granularność Osłony ACS- redukcja tła komptonowskiego Czułość na promieniowanie o wysokiej krotności

12 Nowa jakość: g-tracking EUROBALL AGATA ~40% e ~ 10% q ~ 8º ~80% e ~ 50% q ~ 1º 244 HPGe

13 Krakowski detektor jąder odrzutu- RFD Cluster Clover tarcza RFD

14 Recoil Filter Detector zasada działania RFD - detektor ciężkich jonów (rezyduów wyparowania) rejestrowanych w koincydencji z promieniowaniem g Pomiar czasu przelotu (TOF) umożliwia selekcję jąder odrzutu T 0 ToF = T 0 + Dt Dt Wykorzystanie w systemach detekcyjnych: -OSIRIS 12HPGe, HMI Berlin -EUROBALL, IRES-IPHC, Strasbourg -GASP 40HPGe, LNL, Legnaro

15 Technika detekcji jonów 18 detektorów ToF = ns v/c= 0.5 7%

16 Rejestracja wiązki wtórnych elektronów

17 counts Poprawa jakości mierzonych widm g 92 MeV 16 O mg/cm Pb 68 MeV 18 O mg/cm 2 30 Si Pb X-rays g g b rec ~3% 1200 gg recoil 220 Th 221 Th 800 Th X-rays 219 Ra 218 Ra 217 Ra g-ray energy (kev) Ciężkie jądra odrzutu redukcja tła z rozszczepienia reakcje z niskim przekrojem czynnym s ~ 0.1 mbarn Wysoka prędkosc odrzutu: redukcja poszerzenia dopplerowskiego

18 Symulacja rozdzielczości energetycznej GASP vs AGATA FWHM = MeV GASP: e=5.0% Dq ~ 10º AGATA 3P: e=22% Dq ~ 1º

19 Pomiar krótkich czasów życia stanów jądrowych Emisja wewnątrz tarczy (B) zachodzi przy większej prędkości Liczba rozpadów za tarczą (A) w stosunku do pełnego natężenia linii (A+B) zależy od t

20 Efekty kolektywne w lekkich jądrach powłoki f 7/2 Niskie spiny /~1980/: Stany połączone szybkimi przejściami E2 dobrze opisywane przez model powłokowy Niskoleżące pasma o wysokiej deformacji związane ze wzbudzeniem rdzenia 40 Ca Trudności eksperymentalne: Duże prędkości odrzutu Wysokie energie przejść Znaczne poszerzenie dopplerowskie Wysokie spiny /2000-/: Wielolicznikowe układy detektorów Ge Jednocząstkowy opis rotacji w 48 Cr Superdeformacja w 36,40 Ar, 40,42 Ca, 44 Ti

21 Źródła deformacji w lekkich jądrach f 7/2 36 Ar pasmo SD (b~0.44) C.E, Svenssonet et al., (2001) 4 cząstki na orbitalu 1f 7/2 ([300]1/2) 8 dziur w rdzeniu 1d 3/2

22 Wysokospinowe rozwinięcie pasma typu cząstka-dziura w 45 Sc GASP + Recoil Mass Spectrometer, LNL P.Bednarczyk et al. (1997) T 1/2 =318 ms 45 Sc ħw = 0.6MeV 46 Ti + p -1 = 45 Sc = 44 Ca + p b = +0.3 b ~ 0 Bezpośredni pomiar momentu kwadrupolowego (spektroskopia laserowa) M.Avgoulea et al. (2011)

23 Wysycenie pasm rotacyjnych w 45 Sc 1h-6p 2h-7p EUROBALL + RFD P.Bednarczyk et al. (2001) Stopniowy zanik kolektywności

24 Wysycenie pasm rotacyjnych w 45 Sc 1h-6p 2h-7p Eg=2400 kev t= 190 ± 20 fs q=156 o Eg=2395 kev t= 90 ± 15 fs

25 Wysycenie pasm rotacyjnych w 45 Sc 1h-6p 2h-7p oraz zanik deformacji

26 Rozwikłanie schematu poziomów 45 Ti ~46 V (T=0) polaryzacja p= + E M p= - l=2 l=1 rozkłady kątowe

27 Symetria zwierciadlana 45 Ti- 45 V p= + Fundamentalna zasada niezależności sił jądrowych od ładunku : A(N, Z) A(Z, N) Bentley et al. (2006) Jedyny jak dotąd przypadek porównania kolektywnej struktury stanów wzbudzonych rdzenia!

28 Modelowanie sprzężenia SO w potencjale jądrowym MeV 45 Sc DE Satuła et al. (2007) d 3/2-1 f 7/2 n+1 f 7/2 n

29 Modelowanie sprzężenia SO w potencjale jądrowym MeV 45 Sc DE d 3/2-1 f 7/2 n+1 f 7/2 n

30 Spektroskopia w pobliżu linii N =Z =32 Różnorodnosć kształtów: oblate w stanie podstawowym g-soft g 9/2 Otwarcie rdzenia 56 Ni skutkuje licznymi pasmami SD ( np. 59,61,63 Cu)

31 p(g 9/2 ) 1 n(g 9/2 ) 2, I max =49/2 Pomiar GASP + RFD EUROBALL + EUCLIDES t ~ 40 fs b~ As GASP+RFD A.Bruce et al,(2000) I.Stefanescu et al,(2004)

32 Dalsze perspektywy detektora RFD Modyfikacja systemu odczytu sygnału np. detektory diamentowe Sprzęgnięcie elektroniki (VME) z beztrygerowym systemem DAQ Opracowanie wersji do pomiarów na wiązce radioaktywnej (GANIL, LNL) -dojście do wysokich spinów (~100) w jądrach silnie neutrononadmiarowych