Eksperymenty z wykorzystaniem

wiązek radioaktywnych c.d.

Jądra halo

Halo neutronowe
w jądrach lekkich

6

Li R = 2 fm

11

Li

R = 7,5 fm

208

Pb R = 7,5 fm

H. n. zaobserwowano dla:

11

Li,

11

Be,

17

B,

19

C,

6

He

Halo protonowe jest
poszukiwane dla:

8

B,

17

F,

17

Ne,

20

Mg

Berkeley 1985 r.

W eksperymencie, w którym
mierzono przekrój czynny na
oddziaływanie dla różnych
izotopów Li jako pocisków,
stwierdzono znacznie większy
przekrój czynny dla izotopów

11

Li - przyjęto, że rozmiar tego

jądra jest znacznie większy niż
innych izotopów - efekt halo

σ

~ R

2

Przekrój czynny na reakcje A +

12

C

dla energii wiązki 800A MeV

wyraźny wzrost

σ

dla jąder halo

17

F

17

Ne

19

C

Własności jąder halo

1. występowanie w pobliżu linii oderwania nukleonu

- zjawisko progowe

2. nukleony halo charakteryzują się

małą energią wiązania

rozciągłą funkcją falową

występują w stanach o l = 0, 1

3. znane są halo 1- i 2- nukleonowe

Jądro stabilne

Jądro z
nadmiarem
neutronów

p

n

Porównanie potencjału jąder stabilnych i dalekich od

ścieżki stabilności

Funkcja falowa nukleonu walencyjnego w
jądrach w pobliżu linii oderwania nukleonu
jest bardzo rozciągła

1

1

-

-

Neutronowe Halo

Neutronowe Halo

S

S

n

n

<

<

1

1

MeV

MeV

l

l

n

n

= 0, 1

= 0, 1

11

11

B,

B,

19

19

C, ...

C, ...

2

2

-

-

Neutronowe Halo

Neutronowe Halo

6

6

He,

He,

11

11

Li,

Li,

14

14

Be,

Be,

17

17

B, ...

B, ...

S

S

2n

2n

> 0

> 0

S

S

n

n

(N

(N

-

-

1) < 0

1) < 0

Przy wysokich energiach pocisków reakcje są:

a) bezpośrednie (ze względu na krótki czas oddziaływania), a
więc zdominowane przez przejścia jednocząstkowe

b) ograniczają się głównie do powierzchni jądra

Reakcje bezpośrednie są doskonałym próbnikiem
jednocząstkowej struktury jądra

Metoda badania jąder halo

W reakcji powierzchniowej jest
znacznie łatwiej wybić nukleon
walencyjny niż nukleon rdzenia

Mechanizm reakcji

Eksperyment

Eksperyment

-

-

zdarcie 1 nukleonu

zdarcie 1 nukleonu

1.

1.

σ

σ

-

-

1n

1n

~ 10

~ 10

-

-

100mb,

100mb,

ρ

ρ

s

s

~ 100 mg/cm2

~ 100 mg/cm2

2.

2.

pomiar rozkładu pędu rdzenia

pomiar rozkładu pędu rdzenia

p

0

rdzeń+1N

Tarcza

rdzeń

T+1N

d

σ

/

dp

γ

REVIEW: Hansen,

REVIEW: Hansen,

Tostevin

Tostevin

,

,

Ann

Ann

.

.

Rev

Rev

.

.

Nucl

Nucl

. Part.

. Part.

Sci

Sci

. (2003)

. (2003)

γ

γ

⇒

⇒

E

E

x

x

core

core

d

d

σ

σ

/

/

dp

dp

⇒

⇒

l

l

n

n

σ

σ

-

-

1n

1n

(

(

J

J

π

π

core

core

)

)

⇒

⇒

C

C

2

2

S

S

Energia separacji S

n

1-

neutronu, przekrój
czynny na oddziaływanie
i szerokość rozkładu
pędów wyznaczone w
reakcji zdarcia 1
neutronu z pocisku

A

C na

tarczy

12

C

1-neutronowe halo w

19

C

T+1N

Tarcza

v

rdzeń

v

n

v

0

v

0

p

p

rdzeń+n

rdzeń+n

= p

= p

rdzeń

rdzeń

+

+

p

p

n

n

E

E

wzg

wzg

=

=

µ

µ

(

(

v

v

rdzeń

rdzeń

-

-

v

v

n

n

)

)

2

2

/2

/2

θ

θ

rdzeń

rdzeń

-

-

n

n

Zdarcie 1

Zdarcie 1

-

-

nukleonu i przejście do stanu niezwiązanego:

nukleonu i przejście do stanu niezwiązanego:

“

“

kompletna kinematyka

kompletna kinematyka

”

”

rdzeń

C(

C(

11

11

Li,

Li,

9

9

Li+n)

Li+n)

@ 287

@ 287

MeV

MeV

/

/

nucleon

nucleon

*

*

*

*

H. Simon et al., PRL (1999)

H. Simon et al., PRL (1999)

Glauber

Glauber

Theory: CA

Theory: CA

Bertulani

Bertulani

, PG Hansen,

, PG Hansen,

nucl

nucl

-

-

th

th

/0407026

/0407026

C

C

2

2

S (

S (

ν

ν

p

p

1/2

1/2

)

)

≈

≈

1.27

1.27

C

C

2

2

S (

S (

ν

ν

d

d

5/2

5/2

)

)

≈

≈

0.08

0.08

C

C

2

2

S (

S (

ν

ν

s

s

1/2

1/2

)

)

≈

≈

0.65

0.65

p

y

(

10

Li) [MeV/c] = p(

9

Li) + p(n)

Opis teoretyczny jąder halo

1. Model powłokowy nie opisuje podstawowych własności jąder

halo

2. Model wielociałowy

jądra z halo 1-neutronowym: układ 2-ciałowy
(rdzeń + nukleon) związany przez potencjał
oddziaływania

jądra z halo 2-neutronowym: układ 3-ciałowy wymaga
rozwiązania 3-ciałowego równania Schrödingera

Jądra o strukturze 2n- halo trzeba traktować jak
układy 3-ciałowe; uwzględnienie oddziaływań
pomiędzy wszystkimi 3 ciałami jest konieczne do
istnienia takiego jądra w stanie związanym np.

6

He,

11

Li

Takie podejście teoretyczne jest poparte przez obserwacje
eksperymentalne - w reakcji break-up

6

He czy

11

Li obserwowane są

zawsze 3, a nigdy 2 produkty.

Schemat

poziomów

w modelu

powłokowym

Struktura

Struktura

12

12

Be

Be

Closed p-shell

in

12

Be

Closed p-shell

in

12

Be

1s

1/2

1p

3/2

p

n

1p

1/2

Figure

Figure

courtesy Jeff Tostevin

courtesy Jeff Tostevin

, Surrey

, Surrey

Struktura

Struktura

12

12

Be

Be

psd-shell ordering

in

12

Be?

psd-shell ordering

in

12

Be?

1s

1/2

1p

3/2

11

Be

0

0.32

1/2

+

1/2

--

[1p

1/2

]

2

[2s

1/2

]

2

-1n

p

n

1.80

5/2

+

[1d

5/2

]

2

n-threshold

2s

1/2

γ

level inversion

level inversion

Czy struktura halo istnieje

w cięższych jądrach?