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 Ne
17 F
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

Porównanie potencjału jąder stabilnych i dalekich od
ścieżki stabilności
Jądro stabilne
Jądro z
nadmiarem
neutronów
p n

Funkcja falowa nukleonu walencyjnego w
jądrach w pobliżu linii oderwania nukleonu
jest bardzo rozciągła

1-Neutronowe Neutronowe Halo
11 B, 19
19C, C, ...
S < 1 n 1 MeV
l n
= 0, 1

S > 0
2n Sn(N (N-1) 1) < 0
2-Neutronowe Neutronowe Halo
6He, He, 11 11Li, Li, 14 14Be, Be, 17
17B, B, ...

Metoda badania jąder halo
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

W reakcji powierzchniowej jest
znacznie łatwiej wybić nukleon
walencyjny niż nukleon rdzenia

Mechanizm reakcji

1. σ-1n 1n
Eksperyment - zdarcie 1 nukleonu
~ 10-100mb, 10
100mb, ρ s
~ 100 mg/cm2
2. pomiar rozkładu pędu rdzenia
dzeń+1N
p 0
Tarcza
γ ⇒ Ex core
rdzeń
T+1N
dσ/dp dp ⇒ ln γ
dσ/ dp
σ-1n 1n (Jπcore core ) ⇒ C2S REVIEW: Hansen, Tostevin, Tostevin,
Ann. Ann.
Rev. Rev.
Nucl. Nucl.
Part. Sci. Sci.
(2003)

1-neutronowe halo w 19 C
Energia separacji S n 1neutronu,
przekrój
czynny na oddziaływanie
i szerokość rozkładu
pędów wyznaczone w
reakcji zdarcia 1
neutronu z pocisku A C na
tarczy 12 C

Zdarcie 1-nukleonu 1 nukleonu i przejście do stanu niezwiązanego:
“kompletna kompletna kinematyka”
kinematyka
rdzeń
Tarcza
v 0
T+1N
v 0
p rdzeń+n
v n
v rdzeń
= p rdzeń+n rdzeń+ + p rdzeń n
E = µµ(v - v ) wzg rdzeń n 2
θθ rdzeń-n rdzeń
/2

C( 11 11Li, Li+n) @ 287 MeV/nucleon
MeV nucleon *
Li, 9 Li+n)
p y( 10 Li) [MeV/c] = p( 9 Li) + p(n)
C 2 S (
S (νs1/2 1/2)
S (νp1/2 1/2)
S (νd5/2 5/2)
C 2 S (
C 2 S (
) ≈ 0.65
) ≈ 1.27
) ≈ 0.08
* H. Simon et al., PRL (1999)
Glauber Theory: CA Bertulani, Bertulani,
PG Hansen, nucl-th nucl th/0407026 /0407026

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

p n
Closed p-shell
in 12 Closed p-shell
in Be
12Be Struktura 12 12Be Be
1p 3/2
1s 1/2
1p 1/2

p n
psd-shell ordering
in 12 psd-shell ordering
in Be?
12Be? Struktura 12 12Be Be
1p 3/2
1s 1/2
2s 1/2
[1d 5/2] 2
[1p 1/2] 2
[2s 1/2] 2
-1n
1.80
n-threshold
0.32
11 Be
Figure Figure courtesy courtesy Jeff Jeff Tostevin, Tostevin,
Surrey Surrey
0
5/2 +
1/2 --
γ
1/2 +
level inversion

Czy struktura halo istnieje
w cięższych jądrach?