ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2015, том 78, № 9, с. 828-844
ЯДРА
ИССЛЕДОВАНИЕ УПРУГОГО И НЕУПРУГОГО РАССЕЯНИЯ ИВ + а И ПОИСК КЛАСТЕРНЫХ СОСТОЯНИЙ ПВ С УВЕЛИЧЕННЫМИ РАДИУСАМИ
©2015 г. А. Н. Данилов1^, А. С. Демьянова1^ С. В. Дмитриев1^
A. A. Оглоблин1), Т. Л. Беляева2), С. А. Гончаров3), Ю. Б. Гуров4),
B. А. Маслов5), Ю. Г. Соболев5), В. Трзаска6), С. В. Хлебников7),
П. Хейккинен6), Р. Юлин6), Г. П. Тюрин6), Н. Буртебаев8), Т. Жолдыбаев8)
Поступила в редакцию 19.01.2015 г.; после доработки 23.03.2015 г.
Дифференциальные сечения упругого и неупругого рассеяния 11В + а были измерены при энергии а-частиц 65 МэВ с возбуждением известных состояний 11В вплоть до энергий возбуждения ~14 МэВ. Данные по упругому рассеянию были проанализированы совместно с опубликованными при меньших энергиях. Сечения неупругого рассеяния анализировались методом искаженных волн. Модифицированная дифракционная модель была применена для определения среднеквадратичных радиусов возбужденных состояний. Радиусы состояний с энергиями возбуждения меньше ~7 МэВ с точностью до 0.1—0.15 Фм совпадают с радиусом основного состояния. Этот результат согласуется с традиционными представлениями об оболочечной структуре нижних состояний 11 В. Не исключена и их принадлежность предсказанным вращательным полосам, которые, однако, если и существуют, то оказываются "усеченными" до трех состояний. Большинство наблюденных высоковозбужденных состояний распределяются по четырем вращательным полосам. Моменты инерции этих полос близки, а для полосы, базирующейся на состоянии 3/2-, Е* = 8.56 МэВ, даже несколько больше, чем у состояния Хойла в ядре 12 С. Измеренные радиусы состояний, относящиеся к этим полосам 11 В, на 0.7—1.0 Фм больше, чем у основного состояния, и также близки к радиусу состояния Хойла. Полученные результаты находятся в согласии с имеющимися предсказаниями о разнообразной кластерной структуре ядра 11В при больших энергиях возбуждения. Гипотеза о наличии у 11В "гигантского" состояния с размерами, как у тяжелых ядер, не была подтверждена.
DOI: 10.7868/Б004400271509007Х
1. ВВЕДЕНИЕ
В течение длительного времени ядро 11В считалось хорошим примером проявления оболочечных эффектов в легких ядрах. До энергий возбуждений ^7 МэВ весь спектр состояний воспроизводился различными вариантами оболочечной модели.
''Национальный исследовательский центр "Курчатовский
институт", Москва, Россия. 2'Независимый университет штата Мехико, Мексика.
3) Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, физический факультет, Россия.
4'Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ", Россия.
5) Объединенный институт ядерных исследований, Дубна, Россия.
6) Университет Ювяскюля, Финляндия.
7)Радиевый институт им. В.Г Хлопина, Санкт-Петербург, Россия.
8)Институт ядерной физики Национального ядерного центра Республики Казахстан, Алматы.
E-mail: danilov1987@mail.ru
Однако в последнее время появился ряд теоретических и экспериментальных работ, в результате которых интерес к структуре 11В резко возрос. Он был связан, в первую очередь, с предсказаниями [1—3] существования в 11В кластерных конфигураций различного типа и появлением некоторых экспериментальных данных, подтверждающих такую возможность [4].
Особое внимание привлекло предположение о том, что в 11В могут существовать состояния, являющиеся аналогами знаменитого состояния 0+ с энергией возбуждения 7.65 МэВ в ядре 12С (состояния Хойла). Свойства состояния Хойла, состоящего из трех слабо взаимодействующих а-кластеров, имели решающее значение для проверки и обоснования теории об а-частичном конденсате в ядрах [5]. Основным из этих свойств было предположение об его аномально большом радиусе. Соответственно аналоги состояния Хойла в 11В (в которых из одного а-кластера удален протон и
которые имеют, следовательно, структуру а + а + + £) также должны иметь увеличенные размеры.
Первоначально предполагалось [1], что таким аналогом состояния Хойла в 11В является состояние 3/2" c энергией возбуждения 8.56 МэВ, не описывающееся ни в одном из вариантов оболо-чечной модели. Различные теоретические подходы (антисимметризованная молекулярная динамика (АМД) [1, 2], метод ортогонального условия (МОУ) [3]), рассматривая состояние 8.56 МэВ как кластерное со структурой 2а + предсказывали для него радиус, увеличенный по сравнению с основным состоянием. Например, в работе [2] предсказывалось, что среднеквадратичный радиус Д-™ ядра 11В в состоянии 8.56 МэВ равен 3.1 Фм, в то время как радиус основного состояния составляет 2.29 Фм. Впоследствии в качестве кандидатов в аналоги состояния Хойла стали обсуждаться и другие состояния 11 В. Например, в работе [3] была высказана идея, что истинным аналогом состояния Хойла является состояние 12.56 МэВ, несмотря на противоречивые данные об его квантовых числах. Более того, в этой работе было сделано еще более амбициозное предположение о том, что состояние 12.56 МэВ имеет "гигантский" радиус Я^ ~ 6 Фм, сопоставимый с радиусом ядра урана (!). При этом радиус состояния 8.56 МэВ по-прежнему считался аномально большим и предсказывалось, что на этом состоянии базируется ротационная полоса.
В работе [2] было сделано предположение о существовании полосы с К = 1/2+, также имеющей кластерную структуру 2а + £ и начинающейся с состояния 6.79 МэВ. В работах [2, 4] были предсказаны и другие необычные состояния 11В, например, квазимолекулярные, со структурой "2а-частичный остов плюс три нуклона, двигающиеся по своим молекулярным орбитам". Ожидалось [4], что должны существовать две вращательные полосы положительной четности, основанные на состояниях с Е* = 7.98 МэВ (3/2+) и 7.29 МэВ (5/2+). Предсказанная сильная деформация всех этих состояний позволяет предполагать, что они могут иметь аномально большие размеры.
Таким образом, в последнее время в 11В было предсказано сосуществование нескольких видов структур, и это ядро неожиданно оказалось в центре внимания при обсуждении проблемы кластеризации нуклонов в ядрах. Однако проверка этих идей встретила серьезные затруднения. Во-первых, предсказания различных теоретических работ не всегда опирались на известные экспериментальные данные. Во-вторых, теоретические работы иногда противоречили друг другу, а данные о свойствах некоторых состояний 11В также не являлись однозначными. В-третьих, поскольку наиболее интересные предсказанные особенности состояний
11В были связаны с возможным увеличением их размеров, проверка этих гипотез требовала применения надежных методов измерения радиусов ядер в высоковозбужденных состояниях, которые до недавнего времени отсутствовали.
Экспериментальных исследований 11В известно довольно много (см., например, [6] и приведенные там ссылки), но они не затрагивали область энергий возбуждения, представляющую интерес для рассматриваемой проблемы. В последнее время появилось несколько экспериментов, посвященных изучению структуры высоковозбужденных состояний 11 В, однако и они не позволили ответить на основные вопросы. Так, в эксперименте по изучению резонансной реакции ^ + а [4] состояние 11В в области энергий возбуждения 12.5 МэВ со свойствами, предсказанными в [3], обнаружено не было, однако сами авторы не считали полученный результат окончательным. В работе [7] в неупругом рассеянии а-частиц при энергии 388 МэВ был обнаружен сильный монопольный переход на состояние 8.56 МэВ, четко свидетельствующий о том, что структура последнего не оболочечная. Однако только применение к этим данным модифицированной дифракционной модели (МДМ) [8] позволило получить первые экспериментальные указания на заметное увеличение радиуса состояния 8.56 МэВ относительно основного состояния 11В [9].
В связи с тем, что многие вопросы о состояниях 11В оставались открытыми, мы предприняли новое исследование упругого и неупругого рассеяния ^ + а при Еа = 65 МэВ. Дифференциальные сечения были измерены в широкой области энергий возбуждения 11В и проанализированы совместно с имеющимися данными при других энергиях. Для анализа данных применены оптическая модель (упругое рассеяние), методы искаженных волн (неупругое рассеяние) и МДМ для определения радиусов возбужденных состояний. Отдельные предварительные результаты были сообщены в [10].
2. ИЗМЕРЕНИЯ
Измерения сечений упругого и неупругого рассеяния а-частиц были проведены на циклотроне К130 университета города Ювяскюля (Финляндия) с использованием установки LSC (Большая камера рассеяния). Использовалась стандартная ДЕ—Е-методика. Одновременно работали четыре телескопа, каждый телескоп проводил измерения при двух углах. Мишенью служила самоподдерживающаяся пленка 11B толщиной 0.275 мг см-2. Заметной примесью в мишени был углерод. Интенсивность пучка составляла порядка 30 нА (по
N
160
80
40
45
Е, МэВ
Рис. 1. Пример спектра неупругого рассеяния 11В + а, Еа = 65 МэВ (в = 53.5°). Точечная линия — фон.
0
частицам). В эксперименте использовалась система монохроматизации пучка, что позволило получить полное энергетическое разрешение порядка 150 кэВ.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ 3.1. Спектры
Дифференциальные сечения неупругого рассеяния 11В + а были измерены с возбуждением состояний ядра 11В до Е* ~ 13 МэВ. Характерный измеренный спектр рассеяния 11В + а, Еа = 65 МэВ (в = 53.5°), представлен на рис. 1. Точечной линией показан фон.
При описании экспериментальных спектров использовалась стандартная процедура разложения: состояния 11В описывались функциями Гаусса, фиксировались положения и ширины в соответствии с табличными значениями, единственным свободным параметром являлась площадь под пиком. В случае если состояния не разрешались в группе, то оптимальное описание выбиралось по минимуму %2.
Однозначное соответствие наблюдаемых пиков в спектре известным состояниям 11В было получено для обсуждаемых в настоящей работе возбужденных состояний 2.12, 4.44 и 5.02 МэВ. Группа, обозначенная на рис. 1, как 6.74 МэВ, отвечает двум неразрешенным состояниям 7/2-(6.74 МэВ) и 1 /2+(6.79 МэВ). Ввиду того что ее ширина практически совпадает с аппаратурной, разлагать ее на компоненты не имело смысла.
На рис. 2 представлен характе
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.