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

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

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

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)192501 (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)044609 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.Funaki et al, PRL101(2008)082502 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)024309 Signatures for Multi-α-Condensed States Tz.Kokalova et al, PRL96(2006)192502

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)024303 C(γ,3α) 9.8 MeV M.Gai et al,actaphys.pol.b42(2011)775

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

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

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

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 :115-255 (10 steps) θgrand Raiden = 0, 4

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

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 ) (03+ + 22+)(10.3 ) 31-(9.64 ) 02+(7.65 ) 0+ 0+ : uniform + 3α (7.27) 21+(4.44 ) + 2 0 : 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

研究１ 角度相関関数 + + 2 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

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 3- + 0+ PWBA計算と一致 (d) 0+ + 2+ PWBA計算とそれなりに一致

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)082502 THSR波動関数 O4+ 状態 Y.Funaki et al, PRC82 (2010)0243 15 N+p 4α + 0 0+ 15 O+n 01+ + 0 O GMR? 0+ states near 4α threshold (14.44 MeV) 13.6 MeV, Γ = 600 kev T.Wakasa et al, PLB653(2007)173 14.0 MeV, Γ = 185 kev 15.1 MeV, Γ = 6 kev = (06+)OCM = (04+)THSR?

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) 024309 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 11.601 C(21 )+α + 7.2 C+α 18.089 17.72 (0+) (0+,2+) 15 O+n 15.664 15.097Γ=6 kev 8 Be+8Be 14.620 14.032 185 kev 4α 14.437 13.6 600 kev.7.049 1.5 kev 15 N+p 11.26 2.5 MeV 6.049 02+ 4α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.

研究2 部分幅の計算 Partial α widths Y. Funaki et al, PRC80 (2009)064326 C 02+ + 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

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

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

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

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) = 4.8-5.2 MeV Ex(O) = 15.1 MeV (SSD0) Gate for Ex(O)=15.1MeV C SSD0

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

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 PSD17.5 + 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.)

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

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１ ２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

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

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?

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

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

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