i. m.henr n yka N ie i wod o n d i n c i zańs ń kie i go

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, Zakład Spektroskopii Jądra Atomowego, Spektroskopia Wysokospinowa i Rozwój Aparatury: P.Bednarczyk, M.Ciemała P.Bednarczyk, M.Ciemała*, *, A.Czermak, A.Czermak, B.Dulny, B.Dulny, B.Fornal, B.Fornal, J.Grę J.Gr ębosz, bosz, M.Kmiecik, M.Kmiecik, M.Krzysiek* M.Krzysiek*, A.Maj, A.Maj, M.MatejskaM.MatejskaMinda*, Minda *, K.Mazurek, K.Mazurek, W.Mę W.Męczy czyń ński ski,, B.Sowicki, B.Sowicki, J.Styczeń J.Styczeń, M.Zię M.Zi ębli bliń ński *student PhD Współpraca z laboratoriami akceleratorowymi: IPHCIPHC -IRES, Strasbourg, Fr LNLLNL -INFN, Legnaro, Legnaro, It GANIL, Caen, Fr ŚLCJ, Warszawa

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 γ 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 γ-jądro odrzutu na wiązkach stabilnych i radioaktywnych

4 Kształty jąder atomowych

5 Stabilizacja kształtu poprzez efekty powłokowe γ β R 3 :R Stan metastabilny (izomer kształtu) Cząstka w polu o osiowej deformacji

6 Widmo emisyjne idealnego rotora (superdeformacja) Pasmo SD P.Twin et al., 1986 γ β Dy

7 Rotacja czy koherentny ruch nukleonów? wysycenie rotacji ( 158 Er: ~50ħ )- Specyficzna własność jądra atomowego β 0.2

8 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 ( ρ(r), j(r), ρ (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 (γ-soft) -w zasięgu SM

10 Złota dekada w spektroskopii γ i optymistyczne prognozy Spektroskopia jąder egzotycznych na wiązkach radioaktywnych sensitivity Egzotyczne mody kolektywne: -trójosiowość -rotacja magnetyczna -wysycanie pasm rotacyjnych -poszukiwanie HD Odkrycie SD I.Y.Lee et al. (2003) KONIECZNE DETEKTORY POMOCNICZE!

11 Rewolucja w badaniach strukturalnych-wielodetektorowe spektrometry γ Osłony ACS- redukcja tła komptonowskiego Detektory kompozytowe duża granularność Czułość na promieniowanie o wysokiej krotności EUROBALL 244 HPGe

12 Nowa jakość: γ-tracking EUROBALL AGATA Ω ~40% ε ~ 10% θ ~ 8º Ω ~80% ε ~ 50% θ ~ 1º 244 HPGe

13 Krakowski detektor jąder odrzutuodrzutu- RFD Cluster tarcza Clover RFD

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

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

16 Rejestracja wiązki wtórnych elektronów

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

18 FWHM = MeV Symulacja rozdzielczości energetycznej GASP vs AGATA G. Jaworski GASP: ε=5.0% θ ~ 10º AGATA 3Π: ε=22% θ ~ 1º

19 FWHM = MeV Symulacja rozdzielczości energetycznej GASP vs AGATA G. Jaworski GASP: ε=5.0% θ ~ 10º AGATA 3Π: ε=22% θ ~ 1º

20 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 τ

21 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 Trudności eksperymentalne: Duże prędkości odrzutu Wysokie energie przejść Znaczne poszerzenie dopplerowskie Wysokie spiny /2000-/: Wielolicznikowe układy detektorów Ge Mikroskopowy opis rotacji w 48 Cr Superdeformacja w 36,40 36,40 Ar, 40,42 Ca, Ca, 44 Ti 40 Ca

22 Źródła deformacji w lekkich jądrach f 7/2 100 Sn energie jednocząstkowe w rotującym układzie 80 Zr 58 Ni 40 Ca 48 Cr

23 Mikroskopowy opis rot otacji w 48 Cr 100 Sn 80 Zr 58 Ni Model Powłokowy: rozszerzona powłoka fp 40 Ca 48 Cr

24 Superdeformacja w jądrach f 7/2 100 Sn 80 Zr 36 Ar pasmo SD (β~0.44) C.E, Svenssonet et al. (2001) 58 Ni Opis SM w przestrzeni sdfp 40 Ca 4 cząstki na orbitalu 1f 7/2 ([300]1/2 00]1/2) 8 dziur w rdzeniu 1d 3/2 48 Cr

25 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 ħω = 0.6MeV 46 Ti + π = β = +0.3 β 0 Bezpośredni pomiar momentu kwadrupolowego (spektroskopia laserowa) M.Avgoulea et al. (2011) Sc = 44 Ca + π 45 Sc

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

27 Wysycenie pasm rotacyjnych w 45 Sc 1h-6p 2h-7p Eγ=2400 kev τ= 190±20 fs θ=156 o Eγ=2395 kev τ= 90±15 fs

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

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

30 Ti - skrzyżowanie pasm w ujęciu SM 45 Ti dziura π dziura π,ν

31 Przetrwanie wysokiej deformacji w paśmie T=0 w 45 Ti