ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2015, том 79, № 4, с. 516-519
УДК 539.14
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫСОКОВОЗБУЖДЕННЫХ СОСТОЯНИЙ ИЗОТОПА 9Li В РЕАКЦИИ ПОГЛОЩЕНИЯ ПИОНОВ
© 2015 г. Ю. Б. Гуров, В. С. Карпухин, Л. Ю. Короткова, С. В. Лапушкин, Р. В. Притула,
В. Г. Сандуковский, Б. А. Чернышев
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" E-mail: korotkovalara@gmail.com
Поиск высоковозбужденных состояний 9Li был выполнен в спектрах недостающих масс, измеренных в реакции поглощения остановившихся п--мезонов пВ(тс-, dt)X. В двухчастичном канале п- + + ПВ ^ d + 9Li* впервые обнаружен высоковозбужденный уровень изотопа 9Li c Ех = 12.0 ± 0.5 МэВ, Г = 2.0 ± 0.5 МэВ, который распадается с испусканием тритона.
Б01: 10.7868/80367676515040146
ВВЕДЕНИЕ
Интерес к исследованию тяжелого изотопа лития 9Ы в значительной степени обусловлен тем, что это ядро является кластером (кором) в ядрах 10Ы и пО, обладающих целым рядом экзотических свойств [1]. Кроме того, изучение состояний изотопа 9Ы, обладающего большим избытком нейтронов (N/Z = 2), представляет самостоятельный интерес в исследованиях свойств ядер, находящихся на границе нуклонной стабильности. С теоретической точки зрения, ядро 9Ы, имеющее относительно небольшое количество нуклонов, дает возможность тестирования моделей, описывающих экзотические ядерные состояния. В такой ситуации точная информация о свойствах 9Ы в основном и возбужденных состояниях является необходимой основой для проведения расчетов.
К настоящему времени надежно установлено существование пяти состояний 9Ы с энергией возбуждения Ех не превышающей порог распада на г + 6Не (7.5906 МэВ) [2]. Информация о высоковозбужденных состояниях 9Ы весьма ограниченна. Указание на существование трех уровней со следующими параметрами (Ех, Г): (16.0(1) МэВ, <0.1 МэВ), (17.1(2) МэВ, 0.8(3) МэВ) и (18.9(1) МэВ, 0.24(10) МэВ), было получено с помощью ^-мат-ричного анализа функции возбуждения для упругого рассеяния 8Не + р [3]. Авторы предположили, что эти состояния имеют изоспин Т = 5/2 и являются изобар-аналогами возбужденных уровней изотопа гелия 9Не. Позднее резонанс в системе 8Не + р наблюдался при взаимодействии пучка 12Ве с энергией 50А МэВ с полиэтиленовой и углеродной мишенями [4]. Наблюдаемый в спектре
эффективных масс пик авторы связали с образованием возбужденного состояния 9Ы с Ех = = 14.1(1) МэВ и Г = 0.207(49) МэВ. Отметим, что порог регистрации в работе [3] лежал выше этого значения Ех. Других высоковозбужденных состояний в работе [4] обнаружено не было.
В работе [5] нами были представлены результаты исследования структуры уровней 9Ы в реакциях поглощения остановившихся пионов: пВ(я—, <)Х, 12С(я—, р<)Хи 14С(я—, <ЩХ. В инклюзивных измерениях на 11В впервые был надежно выделен узкий уровень с Ех = 9.1(1) МэВ и Г = 0.8(1) МэВ. В настоящей работе поиск высоковозбужденных состояний 9Ы проводился в корреляционных измерениях реакции пВ(я—, <Н)Х. С этой целью была использована методика выделения цепочки процессов я- + 11В ^ < + 9Ы* ^ < + г + 6Не. Успешность такого подхода к поиску высоковозбужденных состояний изотопов лития была продемонстрирована нами для 8Ы в работе [6].
1. ЭКСПЕРИМЕНТ
Измерения были выполнены на канале пионов низкой энергии Лос-Аламосской мезонной фабрики (LAMPF) с помощью двухплечевого многослойного полупроводникового спектрометра [7].
Пучок отрицательных пионов с энергией 30 МэВ проходил через бериллиевый замедлитель и останавливался в тонкой мишени (~24 мг • см-2). Экспериментальные данные по 9И были получены на мишени 11В (вклад примеси 12С — 8%). Вклад неконтролируемых примесей не превышал
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫСОКОВОЗБУЖДЕННЫХ СОСТОЯНИЙ ИЗОТОПА 9Ы
517
1%. Скорость остановок пионов в мишени составляла ~6 • 104 с-1.
Заряженные частицы (р, ё, 3,4Ие), образующиеся при поглощении пионов ядрами, регистрировались двумя многослойными полупроводниковыми телескопами, расположенными под углом 180° относительно друг друга. Угловой захват спектрометра составлял в среднем ~7°. Нижние пороги регистрации для однозарядных частиц составляют 3.5 МэВ (для р), 4 МэВ (для ё) и 4.5 МэВ (для ?). Верхние пороги регистрации превышали кинематические границы реакции. Энергетическое разрешение для р, ё, ? составило АЕэкс (IЖИМ) < 0.5 МэВ. Погрешность абсолютной привязки энергетической шкалы <100 кэВ.
В корреляционных измерениях величина разрешения по ММ определяется тремя факторами: неопределенностями в измерении энергии каждой частицы и неопределенностью в угле разлета частиц, обусловленных конечным угловым захватом телескопов. Анализ результатов по регистрации пар однозарядных частиц показал, что разрешение по ММ слабо зависит от конкретного канала реакции и составляет ~1 МэВ, а погрешность абсолютной привязки шкалы ММ — 8ММ < 0.1 МэВ [8].
Более подробно спектрометр и экспериментальная методика описаны в работах [7, 8].
2. РЕЗУЛЬТАТЫ
Наблюдение пиков в инклюзивных измерениях спектров дейтронов, образованных в реакции 11В(я—, ё)Х, позволяет выделить двухчастичные каналы реакции с образованием основного и возбужденных состояний 9Ы [5]. Однако использование инклюзивных спектров частиц, образованных при поглощении пионов, для поиска высоковозбужденных состояний ядер затруднительно вследствие быстрого увеличения вклада многочастичных каналов с ростом энергии возбуждения [8]. В настоящей работе для подавления этого физического фона предложен метод, основанный на регистрации тритонов из распада возбужденных состояний 9Ы* ^ ? + 6Ие. Использование корреляционных измерений пар частиц (ё?) обеспечивает возможность выделения последовательности двухчастичных реакций, лежащих выше порога распада 9Ы (7.5906 МэВ [2]):
п— + 11В ^ ё + 9Ы* ^ ё + ? + 6Ие, (1)
при этом ядро 6Ие может находиться как в основном, так и в возбужденных состояниях.
Выделение этих процессов проводилось с помощью двумерной диаграммы Далица, представленной на рис. 1. Спектрометр регистрировал частицы, разлетающиеся в узком конусе под углами
Е, МэВ - 4
2
0 20 40 60 Еа, МэВ
Рис. 1. Диаграмма Далица для реакции 11В(я—, ё?)Х: 1 — трехчастичный канал реакции 11В(я—, Л)6Ие и 11В(я—, ё?)6Ие* (1.797 МэВ); линии являются границами кинематически доступных областей для каскадных процессов п— + 11В ^ ё + 8П* + п ^ ё + ? + 5Ие + п (Ех(8П*) = 10.822 МэВ (2) и 6.53 МэВ (3)), я— + 11В ^
^ Г + 7П* (11.24 МэВ) + п ^Г + ё + 5Ие + п (4); интенсивность черного цвета пропорциональна числу зарегистрированных событий.
близкими к 180°, поэтому каналы реакции с тремя частицами в конечном состоянии проявляются только на кинематических границах диаграммы.
На диаграмме наиболее отчетливо выделяется область 1, соответствующая процессу квазисвободного поглощения пиона на внутриядерном кластере 5Ы: п—+ 5Ы ^ ё + Остаточная система
6Ие ("спектатор") не принимает непосредствен-
ного участия в реакции и ее импульсное распределение определяется внутриядерным ферми-движением.
С кинематической точки зрения, события, связанные с каскадными реакциями (1), должны находиться в области максимальных значений энергий дейтронов Её и небольших значений энергий тритонов. С ростом энергии возбуждения 9Ы* максимальная величина Её уменьшается. Как видно на рис. 1, заселенность этой области действительно повышена. Однако в эту область диаграммы Да-лица могут давать вклад каскадные реакции следующего вида: п- + 11В ^ ё + 8Ы* + п ^ ё + ? + + 5Ие + п. На рис. 1 линии 2и 3представляют границы кинематически доступных областей для двух возбужденных состояний 8Ы* с Ех = 10.822 МэВ (2) и 6.53 МэВ (3). Другие типы каскадных процессов
ГУРОВ и др.
518
Рис. 2. Спектр ММ в реакции 11В(я—, <г)Х: 1 и 2 — вклад основного и первого возбужденных состояний 6Не; заштрихованная гистограмма получена для событий с Е(< 25 МэВ, 3 и 4 — вклад основного и первого возбужденных состояний 6Не.
Рис. 3. Импульсное распределение ядра 6Не. Точки с ошибками — экспериментальные данные, полученные в реакции 11В(я—, Л)Х, при условии ММ < 0.8 МэВ; сплошная линия — описание в приближении гармонического осциллятора с рр = 200 МэВ/с.
не вносят вклада в эту область. Так, например, усиление в области высоких энергий тритонов, по-видимому, обусловлено каскадным процессом я— + 11В ^ г + ^*(11.24 МэВ) + п ^ г + < + 5Не + п. Границы этой области представлены на рис. 1 линией 4. Видно, что этот процесс не вносит вклад в область высоких значений Е<.
Трехчастичные конечные состояния проявляются в виде пиков в спектрах ММ, измеренных в корреляционных измерениях. Спектр, измеренный в реакции 11В(я—, <г)Х, представлен на рис. 2, где за начало отсчета взята масса основного состояния 6Не. В спектре отчетливо проявляются два пика, обусловленные трехчастичными конечными состояниями с образованием 6Не в основном и первом возбужденном (Ех = 1.797 МэВ) состояниях. Однако основной вклад в эту область ММ вносит процесс квазисвободного поглощения пионов (область 1 на рис. 1). Доказательством этого доминирования является рис. 3, на котором представлено импульсное распределение ядра-остатка в реакции 11В(я—, <)Х, при условии \ММ \ < < 0.8 МэВ. Это условие выделяет трехчастичные каналы реакции с образованием 6Не в основном состоянии. Видно, что экспериментальный спектр имеет вид, характерный для ферми-движения кластеров в ядрах. Экспериментальное распределение
удовлетворительно описывается в приближении гармонического осциллятора с внутриядерным ферми-импульсом рр = 200 МэВ/с.
Для исключения области квазисвободного поглощения было введено условие Ег < 25 МэВ, что позволяет относительно обогатить спектр ММ, событиями с образованием В полученном
таким способом спектре (заштрихованная гистограмма на рис. 2) отчетливо проявляется пик, обусловленный основным состоянием 6Не. Получено указание на образование первого возбужденного состояния 6Не.
На рис. 4 представлен спектр недостающих масс, полученный на основе измерений энергий дейтронов из корреляционных событий (<г) для \ММ \ < 0.8 МэВ, что позволяет выделить каналы распада ^ г + 6Не^.
С целью п
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.