Гигантские резонансы на возбужденных состояниях ядер

(Обзор)

Б.С. Долбилкин

Институт ядерных исследований РАН, Москва

Содержание

1. Гигантские резонансы (ГР) в холодных ядрах. 2. Новый этап изучения ГР в возбужденных ядрах

3. двойные гигантские резонансы(ГДР2) в пионных

зарядово обменных реакциях.

4. ГДР2 в реакциях с тяжелыми ионами.

5. ГДР при высоких возбуждениях ядер в реакциях с

тяжелыми ионами.

6. Заключение

Двойная пионная зарядово-обменная реакция на 93Nb

Сечения реакции 93Nb(π+,π-) под углами 5,10,20º и ТК 295 МэВ, измерены на спектрометре EPIC. ГДР2 находится при энергии около 50 МэВ. Фон был фитирован полиномами 3-го порядка. Резонансы после вычитания фона показаны внизу рисунка. ошибки – статистические. ГДР2 имеет ширину ~ (8 – 10) МэВ, . Резонансная энергия ГДР2 примерно равна двум энергиям ГДР:

lab

Измерения ГДР2 в прямой (π+,π─) и обратной (π─,π+) реакциях на ядре 40Ca

Они также были измерены при тех же условиях на спектрометре EPIC в LAMF. ГДР2 были фитированы кривыми Лоренца. Фон был подогнан полиномами 3-й степени. Фит дал ширину Г =9.0 МэВ для обеих реакций. Максимумы ГДР2 находятся при энергиях ~ 52 и 31 МэВ, что связано с прибавлением или вычитанием Кулоновских энергий. ГДР и ГДР2 имеют разные угловые распределения: ГДР- дипольное, ГДР2-квадрупольное. Измерения показали надежное существование ГДР2.

ГДР2 в реакциях с тяжелыми ионами

Вскоре после обнаружения ГДР2 в пионных зарядово-обменных реакциях, они также были найдены в экспериментах с тяжелыми ионами в коллаборации LAND в GSI (Германия). LAND состоял из 200 модулей для регистрации нейтронов с разрешением 2-4 МэВ. Энергия пучка налетающих ионов136 Xe была 700 А МэВ [6]. На рис. показан спектр суммы ГДР и ГДР2( с максимумом ~ 28- 30 МэВ). Сплошная кривая- расчет ГДР. Сечение на С твк же приведено.

Сечение ГДР2 в реакции 136Xe + 208Pb

ГДР2 налетающего на мишень из Pb иона 136Xe, после вычитания расчетной кривой из предыдущего слайда(ГДР). Измеренные ГДР2 интерпретировалисьКак наложение двух-фононных осцилляторных состояний.

Представляла интерес степень применимости гармонического приближения.

Отношение резонансных энергий и ширин ГДР2/ГДР

Сверху приведено отношение резонансных энергий ГДР2ГДР. Данные из пионных реакций[ 4]-светлые кружки, из [6] –черные крукки, TAPS[7]- квадраты. Отношение энергий близко к двум с точностью ~ 15%. Отношение ширин в большинстве работ < 2, хотя точность недостаточна для надежной систематики

Измерение ГДР2 в эксперименте ТАПС

Аппаратура ТАПС состоит из двухплечевого спектрометре ТАПС и детектирующей системы FOPI. Фотоны в ТАПС регистрировались модульной системой из 256 детекторов BaF2 с пластиковым счетчиком вето на каждом из них. Отбор Кулоновских возбужденных состояний осуществлялся на антисовпадениях с FOPI.,сильно фрагментированным детектором из пластика большой площади.

Измерение ГДР в реакции 209Bi + 208Pb

Спектры фотонов, показывающие однофотонный (обычный) ГДР в системах отсчета, связанных с падающим тяжелым ионом (209 Bi) и ядром-мишенью 208Pb [8]. В системе координат, связанной с мишенью (сплошная гистограмма) ГДР не видно, что связано с большим Доплеровским уширением фотонов распада, но при переходе в системы отсчета, связанные с налетающим ионом Bi и мишенью Pb ГДР отчетливо видны. Параметры ГДР хорошо согласуются с сечениями (γ,n).

Спектры ГДР2 в ТАПС в мишени 208Pb

Измерения ГДР2 были сделаны в лаб. системе, углов 73.5 -120.5º,разности энергий фотонов в плечах ТАПС

меньше 6 МэВ. После вычитания фона(пунктирная кривая) резонансная энергия получена (25.6±1.0) МэВ в согласии с моделью гармонического осциллятора. Фитированная ширина найдена (5.8±1.6) МэВ. Оценка величины сечения ГДР2 в предположении, что 2-й фотон имеет аналогичное ГДР отношение ширин распада / = 0,017 for 208Pb, привела к 770 мб, т.е. более, чем в 2 раза больше, чем предсказывают расчеты. В тоже время они правильно дают величину сечения ГДР. Большое превышение экспериментальных сечений над теоретическими наблюдалось и других экспериментах. Новые теоретические подходы желательны для объяснения такой существенной разницы,

Сравнение параметров ГДР на основных и возбужденных состояниях ядер

Как видно из сравнения параметров ГДР на холодных и горячих ядрах они аналогичны, за исключением ширины, сильно зависящей от возбуждения ядра. Погрешности ГДР горячих ядер значительно больше, чем холодных, Ситуация с деформацией горячих ядер требует более точных данных

ГДР,возбужденые тяжелыми ионами в изотопах Sn до энергий 600 МэВ

при энергиях возбуждения изотопов 108-112Sn до 300 МэВ ЭВПС/ классическое фотоядерное ПС близко к 1, а выше близко к нулю. Зависимость ЕРЕЗ от энергии аналогична ГДР на холодных ядрах Ширина Г увеличивается до энергии возбуждения изотопов ~ 250 МэВ до ~ 12 МэВ, затем остается постоянной в пределах ошибок до энергии 600 МэВ. Отмеченные особенности, повидимому, связаны с механизмом возбуждения коллективных состояний в высоко-энергичных квантовых системах, состоящих из конечного числа нуклонов. Кроме того, необходимо существенное повышение точности изучения ГР с тяжелыми ионами, в частности методом совпадений (γ,γ). Новым параметром ГДР в горячих ядрах является зависимость от величины вращательного углового момента J, который растет до энергии 100 МэВ.

Зависимость ширины ГДР от температуры. Сравнение с моделями

Ширина ГДР в Sn and Pb от температуры Т [11].

Сплошные кривые: phonon damping model (PDM),

пунктирные- thermal fluctuation model (TFM), штриховые: phenomenological. scaling

model (PSM), штрих-пунктирные – collisional

damping model (CDM)[12]. Экспериментальные

погрешности большие, как и рзброс моделей

Заключение

ГДР и ГДР2 были измерены в реакциях с тяжелыми ионами и пионных зарядово – обменных реакциях. Уже существует систематика «новых» резонансов хотя с большими погрешностями сравнительно с ГР на основных состояниях ядер.

-- Найдены указания на существование ГР других мультипольностей, кроме ГДР, как и в обычных ГР. -- Необходимо повышение точности измерений ГР на возбужденных состояниях ядер, в частности посредством более широкого применения (γ,γ) совпадений -- Желательны новые теоретические подходы для объяснения большого превышения экспериментальных сечений над теоретическими