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クラスター構造を持つ ハイパー核の B(E2) 測定

クラスター構造を持つ ハイパー核の B(E2) 測定. 東北大　白鳥昂太郎 2008/10/30 「ストレンジンネスで探るクォーク多体系」 2008 年 加賀温泉研究会. Contents. Motivations Purposes B(E2) measurement of cluster hypernuclei : 9 L Be Experimental method Target selection Stopping time estimate Future possibilities Summary. Motivations.

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クラスター構造を持つ ハイパー核の B(E2) 測定

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  1. クラスター構造を持つハイパー核のB(E2)測定 東北大　白鳥昂太郎 2008/10/30 「ストレンジンネスで探るクォーク多体系」 2008年 加賀温泉研究会

  2. Contents • Motivations • Purposes • B(E2) measurement of cluster hypernuclei : 9LBe • Experimental method • Target selection • Stopping time estimate • Future possibilities • Summary

  3. Motivations

  4. Motivations • Lをプローブにして原子核(core)の構造を調べる • 核の構造の変化 • 収縮 (Glue-like role of L) • より深い束縛状態の形成 : unbound状態をbound状態として調べられる • 通常核ではg線分光で調べられない励起エネルギーやB(E2)測定等を詳細に行える • クラスター状態の研究 • クラスター状態は軽い原子核の構造を理解する上で重要 • 状態の共存 : 基底状態はshell的で励起状態はクラスター的 ⇒Ex. 12Cの3aクラスター状態 ⇒クラスター状態の研究はsd-shellのハイパー核構造の理解に必要 • 変形度(collectivity), 中性過剰核の構造 ⇒核子数が変わったときに、どのようなクラスター構造の変化があるか?

  5. Level scheme 8Be structure Coreの8Beはよく知られた2aクラスター核 • クラスター的状態 > Shell的状態 ⇒Lによる8Beのクラスター状態の構造の変化は? Nucleon density distribution (g.s 0+) 原子核固定系 E(4+)/ E(2+) = 3.75 p-shellでは 変形が大きい B(E2: 4+→2+) =26±8 e2fm4 (Argonne ~18 e2fm4) 実験室系 V.M. Datar et al., PRL 94, (2005)122502 unbound +92 keV, G= 7 eV R.B. Wiringa et al., PRC62 (00)

  6. Nuclear shrinkage effect in 7LLi 7LLi level scheme 6Li原子核+L ⇒B(E2)の減少 B(E2: 3+→1+: 6Li) = 9.3 ±0.5 e2fm4 →B(E2: 5/2+→1/2+: 7LLi) = 3.6 ±2.1 e2fm4 ＊B(E2)∝R4, 1/t∝B(E2)Eg5 ⇒原子核が縮む効果を観測 0 E2(5/2+→1/2+)遷移のエネルギースペクトル t(5/2+)=5.8±0.90.7±0.7 ps 19% shrink Tanida et al., Phys.Rev.Lett. 86 (2001) 1982 DSAMによる励起状態の寿命測定

  7. 9LBe level scheme 9LBe structure and experimental data 9LBeは2aとLのcouplingでレベル構造がよく説明されている ⇒L boundの効果 : 2aクラスターの収縮 実験データより励起状態の寿命 : t<0.1 ps (1s) ⇒B(E2)測定の可能性(H. Tamura et al., NPA 754(2005)58c) 9Be (K-, p-g) 9LBe 43±5 keV Eg(keV) Akikawa et al., PRL 88 (2002) 082501

  8. Motivation of B(E2) measurement of 9LBe • 測定結果 (limit) : t < 0.1 ps • 寿命 ⇒ B(E2)は8Beと同程度 + 励起エネルギーの変化なし • 理論予想 : B(E2)の減少 縮む = 寿命が長くなる (T. Motoba et al., Prog.Theor.Phys.70(1983)189) 構造としてどうなっているのか? 7LLiとの相違は? ⇒B(E2)の測定は重要 平均場的(shell的)状態 (変形度の変化小) クラスター的状態 (変形度の変化大) 8Be 8Be a a Which ? Shrink Shrink Charge distribution a a L L 9LBe 9LBe (赤: Motoba-san, 青: Argonne)

  9. Experiment

  10. Lifetime measurement by DSAM Lifetime ~ Stopping time g線スペクトルの形 = 減速中のg線 + 停止後のg線 (Eg shifted + Eg not-shifted) ⇒Response functionと比べることでlifetimeを求める (tstop=t~4t 程度) Simulated response of g-ray spectrum • Stopping time estimate ⇒ 標的の選択 • 密度 : Stopping timeを左右する • 結晶 or 粒度が大 : Stopping timeの不定性を無くす • 化合物のbackground : S/Nの悪化 + 同エネルギーのg線

  11. Target selection E930(‘98) : pK= 0.93 GeV/c • Be標的(単体, 1.85 g/cm3) ⇒ Stoppingが足りない J-PARC : pK= 1.1 GeV/c (0.9 GeV/c) 標的 : 高密度 + 均一な物質 • BeO : 3.01 g/cm3, crystal ⇒ 有力 • BeTe : 5.1 g/cm3 , crystal ⇒議論してみる (background等) BeO (Bromellite) 写真は天然物

  12. Scattered p- momentum @ pK=1.1 GeV/c 128LTe (sL) 9LBe (g.s) 9LBe (g.s) 9LBe (3/2+,5/2+) 9LBe (3/2+,5/2+) fL (DL=2) gL (DL=1) hL (DL=0) 16LO BeTe標的 (128Te : 139LLa参考) • sL(BL=25 MeV仮定)とhLの間 • 前方散乱(DL=1)のみ選択 ⇒Teの深い束縛状態の漏れ込み減 • Te標的で実験して3 MeV付近のbackgroundをcheck BeO標的 • 16LOの状態とエネルギー差がある ⇒混合は少ない • 16LOからのbackgroundは既知 (E13のLi2O標的も同様)

  13. Stopping time result by SRIM 0.1 0.4 1.1 GeV/c (10°) Lifetime : t~0.1 ps ⇒Sensitivityがある値(目安) : 0.1-0.4 ps 1.5 GeV/c (5°) BeO 1.1 GeV/c (5°) 目標のstopping timeは難しい (BeTeは密度は大きいが低エネルギーでのstopping powerは小さい) Be 1.1 GeV/c (0°) 0.9 GeV/c (0°) Need more study • Low beam momentum • Ge検出器の配置 • DSAM simulation BeTe

  14. Future possibilities Systematic measurement

  15. ps config. Systematic measurement of Be isotope 中性子数の増加 ⇒クラスターの発達 s2 config. p2config. s-orbital s2 p2config. Be同位体を系統的に測定 • レベル構造 : エネルギー準位の変化 • B(E2) : 9LBe, 11LBe, 13LBe • 実験的には難しい方向に行く : Be同位体5つ • 9Be(K-, p-)9LBe : 実験データあり。B(E2)測定を行いたい • 10B(K-, p0)10LBe : p0 spectrometerの建造 • 11B(K-, p0) 11LBe : p0 spectrometerの建造 • 12C(K-, p+)12LBe : DCX, small cross section • 13C(K-, p+)13LBe : DCX, small cross section, optimum target ! p-orbital 8Be (2a) 9Be (2a+1n) 10Be (2a+2n) 12Be (2a+4n) • M. Seya, et al., PTP65, 204 (1981). • Y. Kanada-En’yo, et al., PRC60, 064304(1999). • N. Itagaki, et al., PRC62 034301, (2000). …

  16. Study of LN-SN coupling effect • LN相互作用特有の現象 中性子数増加 ⇒LN-SN coupling effectがcoherentに増加(Akaishi) ⇒Be同位体(9,10,11,12,13LBe)で系統的に調べられないか? • 2a + neutronの比較的シンプルな系 • 通常核はよく調べられている • g線分光で励起エネルギーとB(E2)の両方を測定 • Couplingの影響が大きくなるとどうなる? • レベル構造のdrasticな変化 • クラスター構造と関連した現象は?

  17. Summary • Lをプローブにした原子核の構造研究 • クラスター状態の研究 ⇒Lによるbound状態から詳細なg線分光を用いる • 9LBeの構造研究 • 2aクラスター核8Beの構造の研究 • B(E2)測定 : 理論予想と実験結果の相違 ⇒理論解釈はどうなのか? • BeOを用いれば、B(E2)測定の可能性がある ⇒最適なビーム運動量、Ge検出器の配置、収量 • Be同位体の系統的測定 • 2a+neutronクラスター核の構造研究 • g線分光によるLN-SN coupling effectの系統的研究

  18. Backup

  19. db/dtstop function Be BeTe BeO BeTeはstoppingが悪い ⇒重い物質は最外殻の電子の速度が遅いので、Beが電子を受け取りやすい? ⇒荷数が減って、dE/dxが小さくなる 単位 : ps b=0.06

  20. a a a Other cluster hypernuclei 正三角形構造 11LBe (2a+2n+L) 13LC (3a+L) t=0.8 ps 1/2+ 1/2+ 6.18 0+ 7.65 0+ 3/2+ 5.96 2+ 5/2+ 3/2+ 3/2+ 2+ 4.44 5/2+ 2+ 3.36 5/2+ E2 E2 E2 E2 1/2+ 1/2+ 0+ 0+ 0 0 MeV MeV 10Be 11LBe 12C 13LC 10Be : B(E2:2+→0+) ~11 e2fm4, t=0.13 ps ⇒Lで収縮し寿命が延びる必要あり t=0.8 psの6 MeV励起状態の測定 但し、(K-, p0)反応が必要 12C : 3aクラスター核 t(2+→0+) = 0.055±0.007 ps ⇒短寿命なので難しい 2+はshell的な状態と言われているが、クラスター的な振舞いを観測できないか

  21. Target : exist 13C enrich target Liquid benzene : BNL E929 60×15×30 mm3 ×4つ ⇒100×20×54 mm3 (E13 tight) Mass thickness : ~4.75 g/cm2 (0.88 g/cm3) Carbon powder : KEK E336 f70×mm×20 mm ⇒100×20×39 mm3 (E13 tight) Mass thickness : ~3.04 g/cm2 (0.78 g/cm3) Total ~7.8 g/cm2 ⇒裾は捨てるがこれでけっこうビームを覆える

  22. Beam profile : FF + 600 mm x y 100 mm 20 mm Simulation with Gaussian distribution sx ~26.0 mm sy ~4.0 mm s(dx/dz) ~20 mrad (1.1°) s(dy/dz) ~2 mrad (0.1°)

  23. b a R0 B(E2) measurement of well deformed hypernuclei Q0: Static quadruple moment Assume a:b=2:1 for the core nuclear deformation Qc0: Q0 of the core nucleus cluster-like shrinkage shell-like shrinkage

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