崩壊α粒子測定による αクラスター凝縮状態の探索東北大学CYRIC 伊藤正俊

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ゆゆこみうら
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1 崩壊α粒子測定による αクラスター凝縮状態の探索東北大学CYRIC 伊藤正俊

2 目次 Introduction αクラスター凝縮状態の研究の現状 Experiment Cにおけるα非弾性散乱崩壊α粒子測定逆運動学によるOのα凝縮状態の探索実験 Discussions 崩壊α粒子測定の有効性 Summary

3 αクラスター凝縮状態 α C 02+ (7.65 MeV): Hoyle state α Linear chain? No. Loosely coupled 3α α H.Morinaga,Phys.Rev.101(1956)254, Phys.Lett.21(1966)78 3αクラスター状態 M.Kamimura, NPA351(1981)456 (e,e') form factorを説明 Large rms radius αクラスター凝縮状態 C, 02+ (7.65 MeV) α α α lowest S-orbit A.Tohsaki et al, PRL87(2001) (α,α')等の角度分布 Airy structure 核半径の大きさに起因する現象 S.Ohkubo and Y.Hirabayashi,PRC70(2004)0402R, PRC75(2007) C-02+

4α以上のαクラスター凝縮 αクラスター凝縮状態の普遍性...4α以上ではどうか O 4αクラスター凝縮状態 4α崩壊しきい値付近(Ex 14.4MeV)に存在(Ikeda-diagram) O(α,α') New 0+ (13.6 MeV): Candidate Wakasa et al, PLB653(2007)173 OCM計算, THSR波動関数 O 0+ 15.1MeV? Y.

4 4α以上のαクラスター凝縮 αクラスター凝縮状態の普遍性...4α以上ではどうか O 4αクラスター凝縮状態 4α崩壊しきい値付近(Ex 14.4MeV)に存在(Ikeda-diagram) O(α,α') New 0+ (13.6 MeV): Candidate Wakasa et al, PLB653(2007)173 OCM計算, THSR波動関数 O MeV? Y.Funaki et al, PRL101(2008) Y.Funaki et al, PRC82(2010)0243 逆運動学によるOのα凝縮状態の探索 (MI, this talk) Nαクラスター凝縮 Dilute Nα-cluster condensate T.Yamada and P.Schuck, PRC69(2004) Signatures for Multi-α-Condensed States Tz.Kokalova et al, PRL96(2006)192502

5 αクラスター凝縮状態に関連した状態 C C 22+ ( 10MeV) Excited dilute-3α-condensate like T.Yamada and P.Schuck, Eur.Phys.J.A26(2005)185 α D軌道 α α α S軌道 C(α,α') 9.8 MeV,Γ=1.0 MeV MI et al, NPA738(2004)268 C(α,α') + 崩壊α粒子測定 MI et al, Mod.Phys.A21(2006)2359, & this talk C(p,p') 9.6 MeV,Γ=0.6 MeV M.Freer et al, PRC80(2009)041303R β崩壊(n,b C* 3α) 11.1 MeV,Γ=1.4 MeV S.Hyldegaard et al, PRC81(2010) C(γ,3α) 9.8 MeV M.Gai et al,actaphys.pol.b42(2011)775

6 αクラスター凝縮状態に関連した研究 13 C(α,α') 11B(d,d') 3α + n (13C), 2α+t (11B) クラスター構造 T.Kawabata et al, PLB646(2007)6 Y.Sasamoto et al, Mod.Phys.A21(2006)2393 α condensed with a core nucleus N.Itagaki et al, PRC75(2007)037303など α-particle condensate states in α+c(02+) クラスター回転バンド O S.Ohkubo and Y.Hirabayashi, PLB684(2010)7 24 Mg(α,α') + 崩壊α粒子測定 Kawabata et al, core + α condensed

7 α凝縮状態に関する近年の実験の傾向非弾性散乱測定 (α,α') (p,p')等角度分布が角運動量移行Lによって特徴的 (α,α')では選択的にアイソスカラーモードを励起前方角度測定によって Low-L移行の励起に特化多重極展開法 (Multipole decomposition)が有効崩壊α-角度相関で決定的 γ分解反応 γ線のe1, E2に対する選択的励起 + 崩壊α-角度相関重イオン反応 8 Be, C(02+)崩壊崩壊αの多重度測定 β崩壊 R-matrixによる解析崩壊α-角度相関

8 現在の研究紹介 [研究１]Cにおけるα非弾性散乱測定 + 崩壊α粒子測定 (阪大RCNP) Cの10MeV付近の 22+状態の存在を確定させる非弾性散乱の角度分布前方角度でLによって特徴的 * C 8Be(01+)+α の角度相関(Lによって特徴的) [研究２]逆運動学によるOのα凝縮状態の探索(東北大CYRIC) 崩壊しきい値付近からの崩壊粒子測定通常の運動学では困難対象核をビームにし崩壊粒子の測定を容易に励起状態の核スピンの同定角度相関まで測定できれば不安定核にも適用できる

9 研究１ Cにおける α非弾性散乱測定 + 崩壊α粒子測定 Reactions: C + α C* + α' (Grand Raiden) C* 8Be + α'' (SSDs) 大阪大学核物理研究センター (RCNP) Eα = 386 MeV 崩壊α : SSD : (10 steps) θgrand Raiden = 0, 4

10 研究１ C(α,α'[α''+X]) エネルギースペクトル C(α,α'[α''+X]) C(α,α') θcm=0.9 * C 8Be(g.s.) + α 今回はこのチャンネルのみ考慮

11 研究１ C(α,α'[α''+X])反応における崩壊α粒子測定と角度相関 PWBA計算による角度相関関数 8 2 W [ P cos ] l 0 Be 2+(10.41) 8 Be g.s.(7.37) (22+)(11. ) 11-(10.84 ) ( )(10.3 ) 31-(9.64 ) 02+(7.65 ) : uniform + 3α (7.27) 21+(4.44 ) : minimum 55,5 01+(g.s.) 0+ 成分の抽出 55, 5. (0+と2+の混合状態の場合) Jπ の分離

12 研究１角度相関関数状態 0 状態 Ex = 15.4 MeV Ex = 18.2 MeV MDAの結果 Bule line PWBA calculation C(α,α')+ MDAの結果と一致

13 研究１角度相関関数 Ex 10MeV 0度非弾性散乱では m = 0のみを考慮すれば良い PWBAでOK 10MeV付近を６つ分ける (c) 9.64 MeV PWBA計算と一致 (d) PWBA計算とそれなりに一致

14 研究2 逆運動学によるOのα凝縮状態の探索 α+c(02+)振幅が大 Large amplitude in C(02+)+α channel 06+ 状態 OCM計算 Y.Funaki et al, PRL101 (2008) THSR波動関数 O4+ 状態 Y.Funaki et al, PRC82 (2010) N+p 4α O+n O GMR? 0+ states near 4α threshold (14.44 MeV) 13.6 MeV, Γ = 600 kev T.Wakasa et al, PLB653(2007) MeV, Γ = 185 kev 15.1 MeV, Γ = 6 kev = (06+)OCM = (04+)THSR?

15 研究2 αクラスター凝縮状態の探索方法 Dilute Nα state Dilute (N-1)α state 逐次的にα崩壊して行く T. Yamada and P. Schuck, PRC69 (2004) 崩壊α粒子を測定し以下の崩壊分岐比を求める 1. O* α + C(g.s.) 2. O* α + C(2+) 3. O* α + C(02+) 4α 4. O* 8Be + 8Be 4α 14.8 C(02+)+α C(21 )+α C+α (0+) (0+,2+) 15 O+n Γ=6 kev 8 Be+8Be kev 4α kev kev 15 N+p MeV α崩壊しきい値付近からの崩壊α測定をするため逆運動学反応 C(O, O*[α+X])C を採用 O g.s.

16 研究2 部分幅の計算 Partial α widths Y. Funaki et al, PRC80 (2009) C αチャンネルの換算幅 (θ) > C(g.s.) + α 及び C(2+) + α チャンネルの換算幅ところが d実際はクーロン障壁のため C(02+)+αチャンネルの崩壊幅は非常に小さい (2x10-7 kev) まずは C(g.s.) + α 及び C(2+) + α チャンネルの分岐比を正確に求める統計次第ではC(02+)+αチャンネルの測定も

17 研究2 実験概要施設:東北大学サイクロトロンラジオアイソトープセンター加速器: K=110MeV AVFサイクロトロン 41コース大型散乱槽加速粒子エネルギー: 5+ O - 0 MeV 標的 nat C 50μg/cm2 C41 Scattering chamber

18 研究2 実験セットアップ反応:O + C O* + C * O α + C(g.s.,2+,02+),etc SSD0: 反跳 C (θ=61, q=0.95fm-1) SSD1: 反跳 C (θ=48.5, q=1.7fm-1) SSD2: 反跳C for ビームモニター with 1mm(W) x 10 mm(h)コリメータ PSD (Position Sensitive Detector): 崩壊粒子 (α, C, etc) BGO0&BGO1: O + C O* + を評価非常に小さい SSD2 SSD0 Re SSD1 C(2+)反応の寄与 Target mm 3 C l c oi BGO0 BGO1 m 302m O beam α C PSD

19 研究2 崩壊α粒子検出器 PSD (Position Sensitive Detector) 標的からの距離 LPSD : 306 mm X : ch, Y : ch ( Δθ = ±0.28 ) 厚さ : 994 um (Range ~ 50MeV α ) 設定角度 (θpsd): 9, 17.5, 26 アルミ板 (200um)の設置 : 弾性散乱 O ( 0 MeV) 停止 (0MeV - O range 170 um) α粒子: Eα > 20.5 MeV で貫通 O Al α PSD

20 研究2 データ解析粒子識別: TOF (Time Of Flight)法 O+C O*+C O* α+c SSD0 PSD-Y 反跳Cエネルギー Ex(O) SSD0 acceptance E(Recoil C) = MeV Ex(O) = 15.1 MeV (SSD0) Gate for Ex(O)=15.1MeV C SSD0

21 研究2 実験結果 α 2次元ヒストグラム θdecay vs Edecay(Edecay>20 MeV) O beam SSD0 (θ SSD= 61 ) PSD9 PSD17.5 PSD26 α C SSD1 (θ SSD= 48.5 ) α C Kinematics PSD9 PSD17.5 PSD26 θdecay O

22 研究2 実験結果との比較 SSD0 (θ SSD= 61 ) 簡単な運動学の α + C(g.s.) C シミュレーション PSD9 PSD PSD26 α α + C(02+) α + C(2+) 全ての崩壊粒子は O,15.1MeV-0+状態から放出されると仮定 α + C(2 )? α + C(g.s.)

23 研究2 質量欠損スペクトル α 質量欠損 Ec.m.(α) M x =M O E x O E c.m. E c.m. C Enot detect : 検出された崩壊粒子 Edetectから計算 PSD検出器の立体角を考慮する必要あり from Alpha C(g.s.) PSD 9deg C(2+) C(g.s.) Ec.m.(C) from Carbon O* + C(2 ) C

24 研究2 崩壊分岐比崩壊チャンネル 1. O* α + C(g.s.) 2. O* α + C(2+) 3. O* α + C(02+) 4α 4. O* 8Be + 8Be 4α C spectrum C(gs) C(gs) α spectrum C(2+) C(2+) 崩壊Cから得られた質量欠損スペクトルから崩壊チャンネル１２の分岐比を求めると約 7:3 であった Preliminary result) 崩壊α粒子からも分岐比を求める現在解析中) 一致していることを確認する必要がある

25 崩壊α粒子測定の有効性１崩壊α粒子測定のメリット崩壊α粒子の角度相関核スピン崩壊分岐比崩壊チャンネルのamplitude (ただし重い核では難しいと思われる) 非弾性散乱の超前方角度分布測定 MDA の有効性結局同じ結果が得られる反応計算がより発展すれば核構造研究の強力なツールに崩壊α粒子測定が有効な例 C 10MeV付近の0+状態右図 (α,α')+mdaの結果 0+状態が2成分にも見える

26 崩壊α粒子測定の有効性 L=2の成分は 130 および 230 で 0 この設定角度ではL=0成分のみ見られるはず (L=0とL=2のみが混ざったピークの場合) The 03+ state compose of two components?

27 まとめ αクラスター凝縮の概念が提案されてから多くの理論実験研究が行われた α非弾性散乱の前方角度測定 + 多重極展開法 Multipole Decomposition Analysis)がLow-L移行反応の抽出に有効 C second 2+ state 崩壊α粒子測定によって核スピンの抽出 C second 2+ state 波動関数の情報 O αクラスター凝縮状態の探索 α非弾性散乱 MDA+崩壊α粒子測定で連続状態に埋もれている状態を発見できる可能性がある

28 共同研究者 C(α,α')C[α+8Be] 実験 (RCNP) 秋宗秀俊内田誠奥村瞬川瀬啓吾川畑貴裕岸智史坂口治隆銭廣十三寺嶋知中津川洋平中西康介橋本尚信村上哲也安田裕介與曽井優 C(O,O*[α+X])C 実験 (CYRIC) 高橋利哉及川明人川村広和酒見泰寛佐藤智哉早水友洋原田健一 Liu Shan 吉田英智

29 END

Microsoft PowerPoint Aug30-Sept１基研研究会熱場の量子論.ppt

Microsoft PowerPoint Aug30-Sept１基研研究会熱場の量子論.ppt 原子核における α 粒子の Bose-Einstein 凝縮大久保茂男 S. Ohkubo ( 高知女子大環境理学科 ) @ 1999 クラスター模型軽い領域だけでなく重い領域 40 Ca- 44 Ti 領域での成立理論実験 1998 PTP Supplement 132 ( 山屋尭追悼記念 ) 重い核の領域へのクラスター研究 44 Ti fp 殻領域 40 Ca α の道が切り開かれたクラスター模型の歴史と展開

崩壊α粒子測定による αクラスター凝縮状態の探索 東北大学CYRIC 伊藤 正俊

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