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

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Contents

Motivations Purposes B(E2) measurement of cluster hypernuclei

: 9Be

Experimental method Target selection Stopping time estimate

Future possibilities Summary

Motivations

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Motivations 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 )

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 3 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

unbound

+92 keV, = 7 eV

Nucleon density distribution (g.s 0+)

R.B. Wiringa et al., PRC62 (00)

8Be structureCore の 8Be はよく知られた 2 クラスター核

クラスター的状態 > Shell 的状態⇒ ににに 8Be のクラスター状態の構造の変化は ?

実験室系

原子核固定系E(4+)/ E(2+)= 3.75p-shell では変形が大きい

B(E2: 4+→2+) =26±8 e2fm4 (Argonne ~18 e2fm4)

V.M. Datar et al., PRL 94, (2005)122502

6

Nuclear shrinkage effect in 7Li

19% shrinkTanida et al., Phys.Rev.Lett. 86 (2001) 1982

6Li 原子核 + B(E2)⇒ の減少B(E2: 3+→1+: 6Li) = 9.3 ±0.5 e2fm4 →B(E2: 5/2+→1/2+: 7

Li) = 3.6 ±2.1 e2fm4

＊ B(E2) R∝ 4, 1/∝B(E2)E5

⇒ 原子核が縮む効果を観測

DSAM による励起状態の寿命測定

E2(5/2+→1/2+) 遷移のエネルギースペクトル

(5/2+)=5.8±0.90.7±0.7 ps

7Li level scheme

0

7

9Be structure and experimental data

9Be は 2 との coupling でレベル構造がよく説明されている⇒ bound の効果 : 2 クラスターの収縮

実験データより励起状態の寿命 : <0.1 ps (1) ⇒B(E2) 測定の可能性 (H. Tamura et al., NPA 754(2005)58c)

9Be (K-, - ) 9Be

43±5 keV

E (keV)

Akikawa et al., PRL 88 (2002) 082501

9Be level scheme

8

Motivation of B(E2) measurement of 9Be

構造としてどうなっているのか ?7Li との相違は ?

⇒B(E2) の測定は重要

クラスター的状態 ( 変形度の変化大 )

Shrink

平均場的 (shell 的 ) 状態 ( 変形度の変化小 )

9Be

8BeWhich ?

Chargedistribution

E [MeV]

<r>- [fm]

B(E2) [e2fm4]

[ps]

8Be 理3.1

3.044

22

15

0.15

0.2

9Be 理 3.1 3.5 11 0.3

9Be 実 3.05 ? 22> <0.1

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)

測定結果 (limit) : < 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

Shrink

9Be

8Be

( 赤 : Motoba-san, 青 : Argonne)

Experiment

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Lifetime measurement by DSAM

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 + 同エネルギーの線

Lifetime ~ Stopping time 線スペクトルの形= 減速中の線 + 停止後の線(E shifted + E not-shifted)

⇒Response function と比べることで lifetime を求める(stop=4 にに )

Simulated response of -ray spectrum

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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

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Scattered - momentum @ pK=1.1 GeV/c

BeO 標的 16

O の状態とエネルギー差がある⇒ 混合は少ない 16

O からの background は既知(E13 の Li2O 標的も同様 )

BeTe 標的 (128Te : 139La 参考 )

s(B=25 MeV 仮定 ) と h の間 前方散乱 (L=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

16O

9Be (g.s) 9

Be (3/2+,5/2+)

128Te (s)

h(L=0)

g(L=1)

f(L=2)

9Be (g.s) 9

Be (3/2+,5/2+)

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Stopping time result by SRIM

Lifetime : ~0.1 ps⇒Sensitivity がある値 ( 目安 ): 0.1-0.4 ps

0.1 0.4

0.9 GeV/c (0°)

1.1 GeV/c (0°)

1.1 GeV/c (5°)

1.5 GeV/c (5°)

1.1 GeV/c (10°)

BeO

Be

BeTeNeed more study Low beam momentum Ge 検出器の配置 DSAM simulation

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 )

Future possibilities

Systematic measurement

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Systematic measurement of Be isotope

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) : 9

Be, 11Be, 13

Be 実験的には難しい方向に行く : Be 同位体 5 つ

9Be(K-, -)9Be : 実験データあり。 B(E2) 測定を行いたい

10B(K-, 0)10Be : 0 spectrometer の建造

11B(K-, 0) 11Be : 0 spectrometer の建造

12C(K-, +)12Be : DCX, small cross section

13C(K-, +)13Be : DCX, small cross section, optimum target !

中性子数の増加⇒ クラスターの発達

-orbital

-orbital

9Be(2+1n)

2 config.2 config.

config.

2 2 config.

• M. Seya, et al., PTP65, 204 (1981).• Y. Kanada-En’yo, et al., PRC60, 064304(1999).• N. Itagaki, et al., PRC62 034301, (2000). …

10Be(2+2n)

12Be(2+4n)

8Be(2)

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Study ofN-N coupling effect

N 相互作用特有の現象中性子数増加⇒N-N coupling effect が coherent に増加 (Akaishi)

⇒Be 同位体 (9,10,11,12,13Be) で系統的に調べられないか ?

2+ neutron の比較的シンプルな系 通常核はよく調べられている 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 ?

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Summary 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⇒ ににに bound 状態から詳細な線分光を用いる

9Be の構造研究 2 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 2+neutron ににににににににににに 線分光による N-N coupling effect の系統的研究

Backup

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d/dtstop function

Be

BeTeBeO

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Pb (11.4 g/cm3) Te (6.3 g/cm3) Be (1.9 g/cm3) BeO (3.0 g/cm3)

7Li 3.5 3.9 3.7 2.5 9Be 3.3 4.0 3.1 2.3

単位 : ps=0.06

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Other cluster hypernuclei

10Be : B(E2:2+→0+)

~11 e2fm4, =0.13 ps

⇒ で収縮し寿命が延びる必要あり=0.8 ps の 6 MeV 励起状態の測定但し、 (K-, 0) 反応が必要

12C : 3 クラスター核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

5/2+

3/2+

1/2+

11Be10Be

0+

2+

2+

0

3.36

MeV

5.96

E2 E2

5/2+3/2+

1/2+

1/2+

13C12C

0+

2+

0+

0

4.44

MeV

7.65

E2 E2

11Be (2+2n+) 13

C (3+)

正三角形構造

1/2+0+6.18

5/2+3/2+

=0.8 ps

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Target : exist 13C enrich target

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

Liquid benzene : BNL E92960×15×30 mm3 ×4 つ⇒100×20×54 mm3 (E13 tight)Mass thickness : ~4.75 g/cm2 (0.88 g/cm3)

Carbon powder : KEK E33670×mm×20 mm⇒100×20×39 mm3 (E13 tight)Mass thickness : ~3.04 g/cm2 (0.78 g/cm3)

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Simulation with Gaussian distributionx ~26.0 mmy ~4.0 mm(dx/dz) ~20 mrad (1.1°)(dy/dz) ~2 mrad (0.1°)

x y

Beam profile : FF + 600 mm

100 mm 20 mm

23

RZRQ

beKIIKQIIEB

00

22220

5

4

)(22016

5)2:2(

)2(3

1, 0 baRbaR

R0

ab

Q0: Static quadruple moment

ΔR R0 Q0/Q0c

a→0.8a

b→b3/10a 3/5a 0.54

a→0.9a

b→0.9b9/20a 3/5a 0.81

Assume a:b=2:1 for the core nuclear deformationQc

0: Q0 of the core nucleus

cluster-like cluster-like shrinkageshrinkage

shell-like shell-like shrinkageshrinkage

B(E2) measurement of well deformed hypernucleiB(E2) measurement of well deformed hypernuclei