научная статья по теме ВЛИЯНИЕ ОБОЛОЧЕЧНОЙ СТРУКТУРЫ ЯДЕР НА C- И N-РАССЕЯНИЕ В ДИФРАКЦИОННОЙ ТЕОРИИ Физика

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ ОБОЛОЧЕЧНОЙ СТРУКТУРЫ ЯДЕР НА C- И N-РАССЕЯНИЕ В ДИФРАКЦИОННОЙ ТЕОРИИ»

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2014, том 77, № 1, с. 95-102

ЯДРА

ВЛИЯНИЕ ОБОЛОЧЕЧНОИ СТРУКТУРЫ ЯДЕР НА р15С-

Л Щ. о

И р15^РАССЕЯНИЕ В ДИФРАКЦИОННОИ ТЕОРИИ

©2014 г. Е. Т. Ибраева1)*, М. А. Жусупов2), О. Имамбеков^2), П. М. Красовицкий1)

Поступила в редакцию 14.01.2013 г.

В рамках дифракционной теории многократного рассеяния Глаубера проведен расчет дифференциальных сечений рассеяния протонов на ядрах 15 С и 15 N при энергиях 150 и 800 МэВ. В расчетах использовались волновые функции в оболочечной модели и особое внимание уделялось анализу чувствительности рассчитанных характеристик к различной оболочечной структуре 15 Си 15 N. Вычисления проведены в приближении двукратного рассеяния. Оператор многократного рассеяния записан в виде, позволяющем учесть соударения с нуклонами, находящимися на разных оболочках. Показано, что различие в структуре двух ядер приводит к заметному различию в дифференциальных сечениях при энергии 800 МэВ и рассеянии на углы, большие 25°.

001: 10.7868/80044002714010103

1. ВВЕДЕНИЕ

Рассеяние протонов на ядрах, являясь эффективным инструментом исследования сильных взаимодействий, обеспечивает нас информацией о размерах ядра, распределении нуклонной плотности и нуклонных корреляциях. С развитием техники радиоактивных ионных пучков протонное рассеяние в инверсной кинематике дает возможность изучать нестабильные изотопы.

Ядра 15С и 15N, имея одинаковое число нуклонов, тем не менее отличаются друг от друга по своим свойствам и структуре. 15 N — стабильное ядро, 15С — нестабильное, с одним избыточным нейтроном с периодом полураспада г1/2 = 2.449 ± 0.005 с

относительно в "-распада к основному и возбужденным состояниям ядра 15N [1]. Для описания внутренней структуры этих изотопов мы используем модель оболочек. Основное состояние ядра 15N есть уровень отрицательной четности с Jп = 1/2", T = 1/2 и конфигурацией |(1s)4(1p)n). Ядро 15С имеет положительную четность с Jп = 1/2+, T = = 3/2 и представлено линейной комбинацией состояний типа (1s)4(1p)"2(2s-1d)1 [2], в основном состоянии оно на 98% определяется s-компонентой |(1s)4(1p)10(2s)1), с которой мы и будем проводить расчет. Это ядро с одним валентным нуклоном,

''Институт ядерной физики НЯЦ Республики Казахстан,

Алматы.

2)Казахский национальный университет им. аль-Фараби,

Алматы.

E-mail: ibr@inp.kz

занимающим I = 0 орбиту, привлекает значительное внимание вследствие отсутствия центробежного и кулоновского барьеров. Оно является хорошим кандидатом на однонейтронное гало-ядро, поскольку на 2§1/2-орбитали у волновой функции (ВФ) имеется один дополнительный узел, что определяет ее большую протяженность. Значительное увеличение вклада одиночного срыва нейтрона в (15с + 208РЬ)-рассеянии [3] и расчеты среднеквадратичных радиусов: материального (Ят, приведен в табл. 1), зарядового (Яс = 2.48 Фм [5]) и нейтронного (Яп = 3.077 Фм [6]), подтверждают гало-структуру 15С. Спектроскопический фактор из реакции 14 С(й, р)15 С, отвечающий з-волне основного состояния 15С, близок к единице: 0.88 [8], 0.76— 1.03 [9], разброс значений зависит от выбора параметров борновского приближения с искаженными волнами. Заметим, что с этими данными не совпадают величины спектроскопического фактора 0.31 [2] и 0.49 ± 0.22 [10] из анализа поперечных сечений взаимодействий при релятивистской энергии.

Из табл. 1, в которой приведены некоторые характеристики ядер, видно, что энергия связи по-

Таблица 1. Статические характеристики ядер 15С и 15N

Характе- 15 с 15 N

ристики

Rm [Фм] 2.65 [4]; 2.74 [5]; 2.612 [1]

2.821 [6]

1.315(7) [1] -0.283188842(45) [1]

Еп [МэВ] 1.218 [7] 10.83 [1]

следнего нуклона в 15С на порядок меньше, чем в 15^ среднеквадратичный радиус 15С, напротив, больше, магнитный момент тоже больше, и знаки у них разные.

Целью настоящей работы является расчет дифференциальных сечений (ДС) рассеяния протонов на ядрах 15 Си 15 N в рамках глауберовской теории многократного рассеяния и анализ чувствительности ДС к рассеянию протонов на слабосвязанном (валентном) нуклоне на 2з-оболочке в ядре 15С. Расчет проведен при энергиях 150 и 800 МэВ и является продолжением наших работ [11 — 13]. Дифференциальное сечение рассчитано с учетом парциальных вкладов от рассеяния на нуклонах из разных оболочек. Проведено сравнение ДС на ядрах 15С и 15^ чтобы показать, какое влияние на сечение оказывает последний слабосвязанный нейтрон в 15С.

2. краткий ФОРМАЛИЗМ

Матричный элемент (амплитуда) рассеяния в дифракционной глауберовской теории записывается следующим образом [14]:

гк

МгАч) = Е / арЖЛ Х

М] М]

х ехр^рЖБА) ^фМ \я\ Ф

.1 м

/

где р — прицельный параметр, являющийся в теории Глаубера плоским (двумерным) вектором, соответствующим проекции радиуса-вектора рассеивающихся частиц г на плоскость, перпендикулярную направлению их распространения; JMJ я

ф^

амплитуда перехода из на-

^JM^ ^J'M'J

чального Ф^ ] в конечное состояние Ф/ ] ядра

под действием оператора О; в случае упругого

рассеяния Ф^М] = фJ М]

координата центра масс ядра; А — число нуклонов в ядре (в данном случае А = 15); к, к' — импульсы налетающих и вылетающих частиц в с.ц.м.; q — переданный в реакции импульс, q = к — к', = = 2к вш(в/2), в — угол рассеяния.

Оболочечные ВФ 15 Си 15 N представим в виде \4/1т\ 10/о„\1

|(Ь)4(1р)10 (2*)1) = ^Ф000(Г1,..., Г4) х

т

х Ф11т(г5,..., Г14 )Ф200 (г15 ),

|(Ь)4(1р)И > = ^ Ф000(Г1,..., Г 4) X

X Ф11т(Г5, ..., Г15),

где каждая из функций есть произведение одноча-стичных функций:

Фп!т(Г1, Г2, ...) = Л Фи1т(Гг).

Оператор О в глауберовской теории выражается в виде ряда многократного рассеяния:

А

О = 1 — П (1 — Шу (р — рV))

(4)

V =1

А

У^у — У^ ШV Шт + Е

v=1 У<Т у<т<п

— ...( — 1)А_1 Ш1Ш2...ША

шу шт Шп —

(1)

где первый член отвечает за однократные соударения, второй — за двукратные и т.д. до последнего члена, отвечающего за А-кратные соударения. Мы ограничимся двумя первыми членами ряда, поскольку известно [14], что ряд быстро сходится и каждый следующий член дает вклад в сечение на порядок меньше предыдущего. Профильные функции шу выражаются через элементарные рЫ-амплитуды ¡рм (д):

Шу (р — Ру)

1

dqV х

(2пгк)

х ехр (—гqv(р — ру)) ¡рМ (ду).

(5)

(2)

(3)

Сама же элементарная амплитуда записывается стандартным образом:

МЯи) = ^ (г + ^)ехр (-0^1/2). (6)

Здесь арм — полное сечение рассеяния протона на нуклоне; ерм — отношение действительной части амплитуды к мнимой; ври — параметр наклона конуса амплитуды. Параметры рЫ-амплитуд приведены в табл. 2.

Подстановка ряда многократного рассеяния (3) в амплитуду (1) и последующие интегрирования его по прицельному параметру dр и импульсам,

Таблица 2. Сводка параметров рМ-амплитуд при энергиях 150 и 800 МэВ

Е, МэВ СГрДГ, фм2 е /3Рм, Фм2 Литература

150 3.845 1.245 0.575 [15]

800 4.30 -0.07 0.21 [16]

т

переданным в каждом акте рассеяния ..., , приводят к следующему результату:

г=1

15

X ^ + ...,

г<3 = 1

где

Шг = вхр(гцрг), (8)

йц = ехр + Р3О) Кй% ~ Рз)-

Поскольку нашей задачей является учет эффектов оболочечной структуры при расчете ДС, запишем оператор в виде, учитывающем рассеяние на разных оболочках. Для определенности представим вывод формул для ядра 15С, для 15N они будут аналогичными, но более простыми, учитывая структуру ВФ (см. формулы (2) и (3)).

Оператор однократного рассеяния:

15 4 14

М%) =

(13)

• 47Гу -«Е Е (о^йи^здп*).

т

впл(я) = / |Яи(т)|2Л+1/2(9^3/2¿Т, (14) 0

Ск = 10(15 С), 11(15 N), Г^ = ! У1т(Пг)У1т/(ПУДП№ = (15)

2Л + 1

4п

л/47Г

(10Л0|10) <1тЛ^|1т^ =

-у/6/56 Л2 (5^2 + И ,

м21) (я) = В00)(Я).

(16)

5> = Еш(18) + £

+ Ш

15

г=1 г=1 г=5

оператор двукратного рассеяния:

15

3 4 13 14

(1818) . ^^л,(1р1р)

Матричный элемент двукратного рассеяния по-(9) лучим после подстановки в (1) второго члена ряда (7) с учетом (10). Для р15С-рассеяния (два последних члена определяют соударения с нуклоном на 2з-оболочке):

= Е£ + ЕЕ

г=1 г=1 3=2 г=5 3=6

4 14

+ ЕЕ шГр) + Е шЦ828) + Е

г=1 3=5 г=1

Ш1з ШЦ ''+ (10)

4 14

(181р) + ^ Ш(1828) + ^ Ш(1р28) гз + 2_> Шг15 + 2_> Шг15 .

г=5

мЛ (я) + м(р;р (я) + м}21р (я) +

гк' Г(2)

(17)

(2)

Для в формуле (9) не будет последнего члена

(он войдет в предыдущую сумму), в формуле (10) для р ^рассеяния не будет четвертого и пятого членов (они войдут во второй и третий). Не приводя детального вывода матричных элементов, которые опубликованы в наших предыдущих работах [11 — 13], запишем окончательные выражения.

Матричный элемент однократного рассеяния где получим после подстановки в (1) первого члена ряда (7) с учетом (9):

+ м^Ы + м^ 8 (я)

(I) &(§)* (1В)

М1(2)18(9) + М;р)1р(я)+М1(2)р(я)

^(ч) = х

гк'

К1)^ , джШ

(11)

М^ (9) + М£' (я)+м^(я)

где

мЦ)(д) = 4Б&) (Я),

п

(19)

(12)

0

м^я) =

= У |Лоо(г)|2Л/2(дг)г3/2сгг, 0

А • 4п ^(г)Лв11Л(Я)Гьл^ь/м/УЛм(П,),

Лц

Ик = 45(15 С), 55(15 N),

1

х

х

*1?л(д) =

\Rll(r)\4Jx+l/2(дr)r3/2dr,

ГЬМЬ'М'

х \Y1rn 9

Е У \У1т(Ог)\2 х

тт'

- (Ог )\2 ЗДОг) dОr =

(21) (22)

Е

(—1)

Ь,л/2\ТТ

(4П )а/2 ^ 4 ' 21' + 1 ЬМЬ'М 'тт'

х (1010\£0) (1010\Ь'0> (Л0Ь0\Ь'0> х х (1т1т\Ьм) (1т'1т'\Ь'Ы'> (Л/лЬМ\Ь'Ы')

5„

9

——^{-0.087^2(^2 + (4п) /

— 0.275л2 5^ + 0.0225x0 5^},

М

12)

1«1р< Л

,(я) = Ск ■ 4п х

Е(г)ЛБ0011л (д)Р Л"Ул,(Од),

ЛЦ

Ок = 40(15 C), 44(15 N),

В,

0011л(д) = У \Я00(г)\2 х 0

2

х \Еп(г) \2 Jл+l/2(дr)r3/2dr, 1 „(2)

мЦ(д) = 4

£$20 (д) =

(д),

\ е00 (г) \2 х

М

х \ Я20(г) \2 ^^г)^2^, 12) (я) = 10ЕВп20л(д)Рл»Ул,О),

1р2«

ЛЦ

В

11

(г) \2

х \ Я20 (г) \2 Jл+l/2(qr)r3/2dr.

Здесь КП1(г) — радиальные части ВФ; JЛ+1/2(gr) — функция Бесселя; УЛ/1(Од) — сферическая функция, Од = вд, <^д. Коэффициенты Ск, Ок, Ск определяют число столкновений с нуклонами на соответствующих оболочках. Верхний индекс матричных элементов показывает кратность соударения, нижний именует оболочки.

Матричный элемент с учетом первой и второй кратностей рассеяний:

К1)^ лА2),

мг/(я) = м/ (я) — М/(я).

(27)

Знак "минус" появляется оттого, что ряд многократного рассеяния (7) знакопеременный.

Дифференциальное сечение есть квадрат модуля матричного элемента:

dа 1

dО 2 J + 1

\ Мг/ (я) \ ^

(28)

(23)

3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУ

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.

Показать целиком