Eksperymenty z wykorzystaniem
wiązek radioaktywnych c.d.
Jądra halo
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?