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

Motivations

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?

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? Level scheme 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)

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 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

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) 9LBe level scheme 9Be (K-, p- g) 9LBe 43±5 keV Eg (keV) Akikawa et al., PRL 88 (2002) 082501

Motivation of B(E2) measurement of 9LBe 縮む = 寿命が長くなる (T. Motoba et al., Prog.Theor.Phys.70(1983)189) 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 クラスター的状態 (変形度の変化大) 平均場的(shell的)状態 (変形度の変化小) 8Be 8Be a a Which ? Shrink Shrink Charge distribution a a L L 9LBe 9LBe E [MeV] <r>a-a [fm] B(E2) [e2fm4] t [ps] 8Be理 3.1 3.04 4 22 15 0.15 0.2 9LBe理 3.5 11 0.3 9LBe実 3.05 ? 22> <0.1 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 (赤: Motoba-san, 青 : Argonne)

Experiment

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

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

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 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) 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

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

Systematic measurement Future possibilities Systematic measurement

Systematic measurement of Be isotope 中性子数の増加 ⇒クラスターの発達 p2 config. s2 config. s-orbital s2 p2 config. p-orbital ps config. 8Be (2a) 9Be (2a+1n) 10Be (2a+2n) 12Be (2a+4n) 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 ! M. Seya, et al., PTP65, 204 (1981). Y. Kanada-En’yo, et al., PRC60, 064304(1999). N. Itagaki, et al., PRC62 034301, (2000). …

Study of LN-SN coupling effect 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?

Summary Lをプローブにした原子核の構造研究 9LBeの構造研究 Be同位体の系統的測定 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

Backup

db/dtstop function Be BeTe BeO BeTeはstoppingが悪い ⇒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 b=0.06

Other cluster hypernuclei 正三角形構造 a 11LBe (2a+2n+L) 13LC (3a+L) t=0.8 ps 6.18 0+ 1/2+ 7.65 0+ 1/2+ 3/2+ 5.96 2+ 5/2+ 3/2+ 3/2+ 4.44 2+ 5/2+ 3.36 2+ 5/2+ E2 E2 E2 E2 0+ 1/2+ 0+ 1/2+ MeV 10Be 11LBe MeV 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

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

Beam profile : FF + 600 mm x y 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°)

B(E2) measurement of well deformed hypernuclei Q0: Static quadruple moment a b Assume a:b=2:1 for the core nuclear deformation Qc0: Q0 of the core nucleus ΔR R0 Q0/Q0c a→0.8a b→b 3/10a 3/5a 0.54 a→0.9a b→0.9b 9/20a 0.81 cluster-like shrinkage shell-like shrinkage