Rozdział 8 Przykłady eksperymentów 217 Omówimy przykłady, które ilustrują różnorodność badań prowadzonych na separatorach fragmentów, ale także szczególne i wyjątkowe możliwości tej techniki. Nowe (ostatnie?) nuklidy podwójnie magiczne, identyfikacja i rozpad 100 Sn. Rozszczepienie nuklidów radioaktywnych w odwrotnej kinematyce, specjalny układ w ognisku końcowym FRS. Obserwacja atomów pionowych w stanach głęboko związanych. Badanie halo jądrowego poprzez pomiar rozkładu pędu. Polaryzacja i uporządkowanie spinu w reakcji fragmentacji, pomiary czynników g. Spektroskopia izomerów mikrosekundowych. Badania promieniotwórczości 2p. 218
StopingPowerofRelativistic HeavyIons Break-downoftherelativisticBethetheory, FRSexperimental ofthenewtheoretical anda.h.soerensen resultswerethemotivation developmentbyj.lindhard Kamienie milowe Trzy podwójnie magiczne (?) nuklidy Blank i in., GANIL (LISE) 1999 Z = 82 N = 126 48 Ni Z = 20 Z = 28 Z = 50 78 Ni 100 Sn N = 82 Znane wcześniej Schneider i in., GSI (FRS) 1994 Odkryte niedawno dzięki metodzie fragmentacji Lewitowicz i in. GANIL (LISE) 1994 Z = 8 N = 8 N = 20 N = 28 Engelmann i in., GSI (FRS) 1995; Schatz i in., MSU(A1900), 2004 219 Identyfikacja 100 Sn w GSI σ( 100 Sn)=1.8 pb 220
StopingPowerofRelativistic HeavyIons Break-downoftherelativisticBethetheory, FRSexperimental ofthenewtheoretical anda.h.soerensen resultswerethemotivation developmentbyj.lindhard Rozpad beta 100 Sn R. Schneider i in., Z. Phys. A348 (1994) 241 221 Identyfikacja 78 Ni w MSU H. Schatz, ENAM 04 r-process nuclei Energy loss in Si ~ Z 78Ni 77Ni Total 78 Ni yield: 11 events in 104 h T 1/2 0.1 s 75Co 74Co 73Co Time of flight ~ m/q 222
Rozszczepienie jąder radioaktywnych Układ detekcyjny w ognisku końcowym FRS Izotopy ciężkich pierwiastków z fragmentacji 238 U K.-H. Schmidt i in., Nucl. Phys. A665 (2000) 221 223 Aktywna tarcza : 5 x 0.6 g/cm 2 Pb w komorze jonizacyjnej Lokalizacja rozszczepienia 2 E( Z 2 Z 2) 2α 2 1 = αz 2 2 1 E( Z) 2 224
225 Głęboko związane stany pionowe Conventional X-ray spectroscopy Cascade from above e - π - 2 h n me Z r n 2 2 Deeply-bound states: Nuclear absorption without X-ray emission Observation not possible 226
StopingPowerofRelativistic HeavyIons Break-downoftherelativisticBethetheory, FRSexperimental ofthenewtheoretical anda.h.soerensen resultswerethemotivation developmentbyj.lindhard 600 AMeV d + 206 Pb 3 He + 205 Pb π - T. Yamazaki i in., Z. Phys. A355 (1996) 219 206 Pb 205 Pb Dyspersja w F2 pozwala zmierzyć energię 3 He 227 Rozkłady pędu a halo jądrowe halo system core r r p core = p halo halo nucleon target nucleus 1. Badany nuklid (podejrzany o halo) jest wytwarzany w pierwszej części separatora. 2. Reakcja zdarcia nukleonu zachodzi w drugiej tarczy w ognisku środkowym. 3. W drugiej części separatora identyfikuje się powstały rdzeń imierzy jego pęd. 4. Zmierzony pęd transformuje się (t. Lorentza) do układu badanego nuklidu. 5. Rozkład pędu oderwanego nukleonu jest równy rozkładowi pędu rdzenia. Gdy rozkład pędu walencyjnego nukleonu jest wąski, to jego funkcja falowa musi rozciągać się na dużym obszarze przestrzennym zasada nieoznaczoności H. 228
Thomas Baumann, praca doktorska, Giessen, 1999 www.nscl.msu.edu/~baumann/research.html 40 Ar @ 1 AGeV + Be 17,19 C 17 C + 12 C 16 C 19 C + 12 C 18 C rozkład Goldhabera 12 C 18 C 16 C 18 C wkład aparaturowy (rozdzielczość) Halo w 19 C! 229 Odkrycie halo protonowego w 8 B Experyment FRS/GSI W. Schwab i in., Z. Phys. A350 (1995) 283 Teoria: Uniw. Giessen H. Lenske, Prog. Part. Nucl. Phys. 46 (2001) 230
Halo dwuprotonowe w 17 Ne RIPS at RIKEN 20 Ne @ 135 AMeV + Be 17 Ne 17 Ne + Be 15 O 15 O Spodziewana szerokość rozkładu pędu podłużnego wg systematyki Morriseya lub Goldhabera (patrz str. 78, 79) : σ = 87 A MeV/c = FWHM = 290 MeV/c, 123MeV/c, R. Kanungo i in., Phys. Lett. B571 (2003) 21 231 Kierunek spinu produktów fragmentacji Spin produktów fragmentacji (jeśli różny od 0) może wykazywać przestrzenne uporządkowanie. W przypadku symetrii osiowej możliwe są następujące możliwości: A > 0 A < 0 Uporządkowanie (alignment) P( m) = P( m) Polaryzacja P( m) P( m) G. Neyens, Rep. Prog. Phys. 60 (2003) 633 232
Pomiar czynnika g metodą TDPAD (Time Dependent Perturbed Angular Distribution) µ= g I µ N 1. W reakcji fragmentacji powstają nuklidy w stanie izomerycznym o czasie życia dłuższym niż czas przelotu przez separator. 2. Wskutek reakcji spiny tych stanów są uporządkowane. 3. Nuklidy te są zatrzymywane w krysztale tak dobranym, żeby uporządkowanie nie zostało zaburzone. Kryształ znajduje się w jednorodnym polu magnetycznym. 4. W polu B spiny doznają precesji Larmora rozkład kątowy promieniowania γ emitowanego przy deekscytacji izomeru zależy od czasu. γ detector secondary beam γ detector crystal Bfield γ detector γ detector częstość Larmora gµ N B ω L = h układ pomiarowy w ognisku końcowym separatora 233 Przykład z GANIL 64 Ni + 9 Be 61m Fe (Matea i in., w druku?) Dla par detektorów ustawionych pod kątem π/2 względem siebie tworzy się funkcję korelacji : I( t, θ ) I( t, θ + π 2) R( t) = cos 2( θ α ω Lt) I( t, θ ) + I( t, θ + π 2) ( ) Z wykresu R(t) wyznacza się uporządkowanie i częstość ω L czynnik g Zależność uporządkowania od pędu fragmentu (w układzie pocisku) prolate r r j p oblate r r j p 234
Prosty model kinematyczny uporządkowania Rozkład pędu w układzie pocisku 0 p r r r r j j p p r j r p Alignment A > 0 A < 0 A < 0 235 Polaryzacja produktów fragmentacji Metoda β-nmr wykorzystuje asymetrię emisji e - z rozpadu β względem kierunku spinu jądra. R = Wybrany produkt fragmentacji zatrzymywany jest w odpowiednim krysztale (zachowującym polaryzację) umieszczonym w jednorodnym polu B. Dodatkowe zmienne pole B RF niszczy asymetrię zliczeń β góra/dół jeśli jego częstość jest równa częstości Larmora. N(up) N(down) Ogawa i in., Phys. Rev. C 67 (2003) 064308 Okuno i in., Phys. Lett. B 354 (1995) 41 236
Pomiary polaryzacji fragmentów w zależności od ich pędu (RIPS/RIKEN) Okuno i in., Phys. Lett. B 335 (1994) 29 a) 39 AMeV 14 N + Au 12 B, θ = 5º b) 68 AMeV 15 N + Au 13 B, θ = 5º e) 68 AMeV 15 N + Al 12 B, θ = 1º d) 67 AMeV 15 N + Nb 13 B, θ = 2.5º c) 110 AMeV 15 N + Au 13 B, θ = 2º Polaryzacja zależy od energii, tarczy, kąta różny mechanizm reakcji! 237 Przykład z FRS/GSI 500 AMeV 40 Ca + Be 37 K (Schäfer i in., Phys. Rev. C 57 (1997) 2205) α = 8.5º α = 7.5º 238
Prosty model kinematyczny polaryzacji pocisk θ fragment tarcza T fragment θ X > 0 X < 0 y z R r pocisk p r x Załóżmy, że w wyniku reakcji usuwamy z pocisku nukleon r o współrzędnych R = ( X, Y, Z) r i pędzie p = ( px, py, pz ) r r r Fragment uzyskuje wtedy moment pędu J = R p Jego z-owa składowa wynosi J = X p + Y p Przy kącie rozproszenia jak na rysunku p X > 0 A) jeśli X = 0, to niezależnie od p Y J z Y obserwowana ujemna polaryzacja niezależna od pędu (np. przy dużych energiach) oznacza preferencyjne usuwanie nukleonów z tylniej półkuli! B) jeśli Y = 0, to J z py zmiana polaryzacji wraz z p Y, np. ujemna dla małych p, dodatnia dla dużych p i przejście przez 0 dla p =0 oznacza X > 0, czyli bliską trajektorię (przejście na lewo od tarczy przy rozproszeniu w lewo) z Y X 239