アイソスカラー型非弾性散乱を用いたクラスター状態の探索

蓄積リングにおける
アイソスカラ 型非弾性散乱
アイソスカラー型非弾性散乱
京都大学大学院理学研究科
川畑 貴裕
Motivation
• これまでRCNPを中心に展開してきたのは非弾
性散乱による核構造の研究。特に Low-q 領域。
初期 ... 陽子・重陽子を用いたスピンアイソスピン励起
の研究
– ΔS, ΔTの自由度があると、モードの切り分けが大変。
現在 ... αを用いたクラスター励起の探索
 必ずしもクラスター状態に対する選択性はないが、
意外に上手く行っている。
意外に上手く行っている
 ΔSとΔTを考えなくてもよいのが何と言っても楽チン。
• 蓄積リング計画において発展させることはでき
ないか?
– 逆運動学条件化でのL
逆運動学条件化でのLow-q測定は、蓄積リング+
測定は 蓄積リング
internal target でのみ可能!。
アイソスカラ 型非弾性散乱でできること
アイソスカラー型非弾性散乱でできること
• クラスター状態の探索
クラスタ 状態の探索
–
–
–
–
–
クラスター崩壊閾値近傍がターゲット。
励起強度だけでなく、崩壊様式も重要。
通常標的では、閾値近傍の粒子崩壊の測定はほぼ不可能。
不安定核への展開を強く意識。分子的状態の探索。
閾値より高いエネルギー領域はほぼ手付かず
閾値より高いエネルギー領域はほぼ手付かず。
• 圧縮性モ
圧縮性モードの探索
ドの探索  伊藤さん(東北大)の講演
–
–
–
–
ISGMR, ISGDR
標的作成の問題から開放される
化学的性質、存在比を心配しなくてもよい。
希ガス、16, 18O, 48Ca, 204, 206, 210Pb, 238U
(Sn安定同位体はすでにフルコンプしてしまってはいるが )
(Sn安定同位体はすでにフルコンプしてしまってはいるが....)
How should we excite Cluster States?
Various reactions were devoted to excite cluster states.
Cluster transfer
Capture
p
 Cluster-transfer reaction
 Complex reaction mechanism due to the low incident energy.
 Small reaction cross section.
 Limited energy resolution.
 Low-energy resonant capture reaction
 Sensitive above the cluster-emission threshold only.
 Coulomb barrier disturbs the reaction near the threshold.
Inelastic scattering
g can be a complementary
p
y pprobe.




Simple reaction mechanism at intermediate energies.
High resolution measurement is possible.
Sensitive to the entire Ex region.
Selectivity for the isoscalar natural-parity excitation..
E0 Strengths and  Cluster Structure
Large E0 strength could be a signature of spatially developed  cluster states.
T. Kawabata et al., Phys. Lett. B 646, 6 (2007).
02 state in 12C: B(E0; IS) = 121±9 fm4
Single Particle Unit: B(E0; IS)s.s pp. ~ 40 fm4
 SM-like compact GS w.f. is equivalent to the CM w.f. at SU(3) limit.
 GS contains CM
CM-like
like component due to possible alpha correlation.
SM-like Compact GS.
r2
E0 Operator
D l d Cluster
Developed
Cl t State
St t
Monopole operators excite
inter-cluster relative motion.
T. Yamada et al.,
Prog. Theor. Phys. 120, 1139 (2008).
E0 strength is a key observable to examine  cluster structure.
Cluster State in 11B
A dilute 2 + t cluster state is excited by E0 transition with B(E0;IS) = 96±16 fm4.
• 3/23 state in 11B is strongly excited by the E0
transition in the (d,d
(d,d’)) reaction.
• Analogies between the 3/23 state and the 0+2 state in
12C (dilute-gas-like 3 cluster state) have been
observed.
 Similar excitation energies and E0 strengths.
 Locates near the  decay thresholds.
 Not ppredicted in SM calculations.
• AMD (VAP) successfully describes the 3/23 state with
a dilute 2+ t cluster wave function.
T. Kawabata et al., Phys. Lett. B 646, 6 (2007).
5.02 (3/22-)
-
2
8.56 (3/23-)
5
10
Excitation Energy (MeV)
12
dσ/dΩ (mb/sr)
C(d,d’)
7.65 MeV
-1
0.5
1
-1
1.5
q (fm )
15
20
11
+
(02)
1
0
Ed = 200 MeV
o
θ = 0.0
2
B(d,d’)
10
dσ/dΩ (mb/sr)
0
10
10
B(d,d’)
8.92
1
0
11
(5/22-)
3
2.12 (1/21)
Yield (counts/25 keV)
4
6.74 (7/21-)
4.44 (5/21-)
×103
Sum
ΔJ = 0
ΔJ = 2
1
10
-
8.56 MeV (3/23)

-1
3 21 (g.s.)
0
0.5
1
-1
1.5
q (fm )
2
r21/2 = 2.5 fm

3 23
r21/2 = 3.0 fm
Y. Kanada-En’yo, Phys. Rev. C 75, 024302 (2007).
E0 measurement is a new useful spectroscopic tool to search for  cluster states.
 Cluster Structures in Be Isotopes
AMD Prediction:
Excess neutrons drastically changes cluster structures.
Excitation energy
10Be
-
12
11Be
α
α
+
02 α
α
01
Atomic
+
03
α
α
α
13,14Be
+
02
αα
MO
α
αα
αα
K=0 α α
3/2 -
2
α
+
12Be
1/2 -
1
α
1/2 +
1
α
α
α
α 11
?
+
01
N
Slide by Y. K-En’yo
 Cluster Structures in
12Be
Candidates for the Atomic and Molecular states were observed.
12
Be
20
Excitation Energy (MeV)
8
6
15
4
+
0
2
+
2
+
(a) K
K=0
0+3
(c)
+
6He+6He
AMD
Y. Kanada-En’yo et al.,
PRC 68, 014318 (2003).
M. Freer et al.,
PRL 82, 1383 (1999).
+
S. Shimoura et al.,
PLB 560, 31 (2003).
10
20
30
40
J(J + 1)
50
60
70
(b) K=02+
pp-shell closure
(c) K=0 1+
0
0
8He+
(a)
(b)
0
K=12
+
10
5
-
+
80
2 + molecular orbits
22Ne
における分子的状態
Alpha cluster states
M. Kimura, Phys. Rev. C 79, 034312 (2009).
21Fにおける分子的状態
Strongly populated by
1p knockout from 22Ne
0 neutron in  orbital
• G. Th. Kaschl, NPA155, 417 (1970).
• G. Mairle, et al., NPA363, 413 (1981).
N=Z=8
1 neutron in  orbital
M. Kimura
2 neutrons in  orbital
F同位体における分子的状態の変化
M. Kimura
(1/2-)
1/2-
基底状態の構造変化
Y. Kanada-En’yo
蓄積リングにおけるクラスター状態探索
• アイソスカラー型非弾性散乱 (α?d?)
励起強度(E0, E2)の精密測定
励起強度(E0
E2)の精密測定。
断面積は1—100 mb/Sr。
薄い標的を使うことで低エネルギ 崩壊粒子を
薄い標的を使うことで低エネルギー崩壊粒子を
原理的には測定可能。
選択性には乏しい。
• クラスター移行反応
基底状態におけるクラスター相関に有力?
基底状態におけるクラスタ
相関に有力?
断面積は 1—100 μb/Sr。
クラスターの核内運動量分布に対する感度があるか?
核内運動 分布 対す
度 あ
• クラスターノックアウト反応
クラスター移行に比べ核内運動量決定には有効かも。
クラスタ 移行に比 核内運動量決定には有効かも。
400 MeV/u ぐらいはエネルギーが欲しい所。
不安定核ビームを用いた非弾性散乱
Inverse kinematics must be employed in RI-beam experiments.

Normal Kinematics

 m3 , p3 

 m1 , p1 
Inverse Kinematics
 m , p 

 m2 , p2 
j
j

 mk , pk 
 m2 , 0 
Missing mass spectroscopy
 mi , pi 
 m1 , 0 

0 pl 
 0,
Invariant mass spectroscopy

Inverse kinematics comes with difficulties .....
 Decay particles (n, ,...)carry away
energy information.
All pparticles must be measured to
construct excitation energy spectra.
 mi , pi 
 m , p 

 m2 , p2 
j
j

 mk , pk 
 m1 , 0 
Missing mass spectroscopy is possible by measuring
the low-energy (100 keV to 2 MeV) recoil particle.
 Active target is needed.

 m3 , p3 

 0, pl 
運動学的条件
• 実験室系において、30—90度を覆う必要がある。
• 崩壊粒子を測定するなら磁石のあとに検出器が必要。
崩壊粒子を測定するなら磁石のあとに検出器が必要
• 検出エネルギーは ほぼ0—50 MeV ぐらい。
励起エネルギー分解能
• 前方角度ではエネルギー分解能が重要。
前方角度ではエネルギ 分解能が重要。
– 300 [email protected]cm=1°
170 keV の α に対して 10 keV @ q = 0.19 fm• 後方角度では角度分解能が重要。
後方角度 は角度分解能が重
– 300 keV の分解能を得るのに ~1 mrad の角度分解能が必要。
基底状態におけるクラスター相関
Sizable E0 strengths show existence of cluster correlation in GS.
Cluster component (CM) should exist in the GS wave function.
G.S .  SM   CM ,   1 ??
Equivalent to  cluster
w.f. at SU(3) Limit.
0.05
Mom.
Spatially well developed.
~
γ /ν =0.823
~ N
Dist.γ /of
 in GS (12C)
νN=0.274
k2 ρ(k) [fm]
m]
0.04
Without  Cor.
0.03
With  Cor.
0.02
Y. Funaki et al.
0.01
0.0
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
−1
k [fm ]
Momentum Dist. of  should be a good measure of  correlation in GS.
ノックアウト反応
Momentum dist. of  in GS can be determined by measuring  knock-out reactions.
Knock-out reaction is relatively easy to
perform even in inverse kinematics.
Large cross section
Easy to construct missing mass.
RI Beam
Target
( l h or proton)
(alpha
t )
Knocked-out
 particles
Residual nucleus
(Not detected)
Scattered
 particles
Momentum Dist. of  could be a measure of cluster correlation in GS.
 l
-cluster
correlation
l i should
h ld enhance
h
 knock-out
k k
cross sections.
i
Test experiment on stable nuclei might be needed.
収量見積もり
• 1 mb/Sr, ΔΩ= 1 mSr を仮定すると、
10-2 cps 得るのに、L=1028 cm-2sec-1必要。
• 標的厚は 1014 cm-2 ぐらい?
• 繰り返しを106 sec-1と仮定すると108個必要。
– 無理?
• 厚い標的。大立体角(~2π)を覆う検出器が必要。
が
– それって、GSIのEXLそのもの?
まとめ
• 蓄積リング計画を想定して、クラスター物理が
どう展開しうるかを検討してみた。
どう展開しうるかを検討してみた
• アイソスカラー型非弾性散乱
– 低エネルギー反跳粒子の検出には、蓄積リングと内
部標的の組み合わせが有効。
– 安定線からどれほど遠くへ行けるか?
– 崩壊粒子を測るなら、ひと工夫いる。
• ノックアウト反応
– 基底状態をプローブするのに有効。
• 薄い標的ゆえ、統計の問題は頭が痛いところ。