Analyzing Power Measurement for Elastic Scattering of 6He on Polarized Protons 2006/10/3, SPIN2006 Satoshi Sakaguchi Center for Nuclear Study, Univ. of Tokyo

Collaborators CNS, Univ. of Tokyo T. Uesaka, T. Kawabata, K. Suda, 　Y. Maeda, Y. Sasamoto Univ. of Tokyo 　H. Sakai, K. Yako, H. Kuboki, 　M. Sasano, Y. Takahashi, 　H. Iwasaki, Y. Ichikawa, 　D. Suzuki, T. Nakao Toho Univ. 　T. Kawahara Saitama Univ. 　K. Itoh RIKEN 　K. Sekiguchi, N. Aoi, 　M. Yamaguchi, N. Sakamoto Tokyo Institute of Technology 　Y. Satou, Y. Hashimoto, 　M. Shinohara CYRIC, Tohoku Univ. 　T. Wakui, H. Okamura, M. Itoh, 　R. Matsuo, M. Ichikawa RCNP, Osaka Univ. 　A. Tamii

Study of Unstable Nuclei with p Polarized light ions Direct reactions → Nuclear structure (ex) Jp assignment Reaction mechanism (ex) Spin-dependent int. Unstable nuclei Neutron skin/halo Disappearance of magicity Spin-dependent int. Matter of great interest ! ⇔ No study via spin polarization Polarized proton target Specialized to RI-beam exp. → Study of unstable nuclei with polarized protons Talk by T. Uesaka on Friday

Spin-orbit Potential in Skin Nuclei Localized on nuclear surface Neutron skin nuclei： Different surface of proton/neutron → How does spin-orbit potential behave in neutron skin nuclei ? Analyzing power measurement for p+6He 6He: Typical neutron skin nucleus Analyzing power → Spin-orbit potential → 4He core 2n skin proton

Experiment Target Detector Facility, Beam Solid polarized proton target 14mmf, 1mmt　(4.3×1021/cm2) Average polarization： 13.8% Detector Forward: Scattered 6He Backward: Recoil proton → Scattering angle, DE, E Facility, Beam RIKEN, RIPS 6He beam (71 MeV/u) ・ Intensity : 250 kcps ・ Dx ： 10 mmf Dq ： 20 mrad

Experimental data Differential cross section Analyzing power Compared with neighboring stable nuclei (6Li, 4He) 6He ~ 6Li → similar radii Interesting behavior much different from stable nuclei

Microscopic Calculation Differential cross section Analyzing power G-matrix folding with density distribution (ex) Melbourne g-matrix Cannot reproduce the data → Reaction mechanisms in weakly bound systems …?

Phen. Optical Model Analysis Phenomenological optical potential Woods-Saxon type：depth, radius, diffuseness Central, Volume absorption, Spin-orbit terms (Coulomb, Surface absorption terms： fixed） Spin-orbit potential

Phen. Optical Model Analysis Analyzing procedure Code: ECIS79 Initial parameter： 6Li pot.　R. Henneck et al., Nucl. Phys. A571, 541 (1994) 1. Ay → Modification of spin-orbit term 2. ds/dW → Modification of central / volume abs. terms repeated

Phen. Optical Model Analysis Results Depth (MeV) Radius (fm) Diffus.(fm) Central 24.6 1.21 0.74 Volume abs. 7.9 1.26 0.58 Spin-orbit 2.3 1.44 0.88 rls, als：Larger than other terms → Spin-orbit potential： widely extended to the outside

Phen. Optical Model Analysis Comparison with global OP c2/n |min = 17.1 / 7 = 2.4 Typical parameters of global OP rls ～ 1.1 fm, als ～ 0.6 fm Widely extended spin-orbit pot. is essential to reproduce the data. → Effects of neutron skin ? 　 Contribution of break-up ? Depth (MeV) Radius (fm) Diffus.(fm) Spin-orbit 2.3 1.44 0.88 c2 contour map of Ay fitting Dc2=10 Dc2=1 c2 =17.1 BG CH89 Dc2=100 Koning

Summary Spin-orbit potential in neutron skin nuclei Analyzing power measurement for p+6He @71MeV/u Comparison with microscopic calculation Analyzing power data cannot be reproduced Phenomenological optical model analysis Determination of spin-orbit potential → Large radius/diffuseness parameters rls, als ~ 1.44, 0.88 fm ⇔ 1.1, 0.6 fm (Global OP) Future outlook Analyzing power measurement for p+8He @71MeV/u

back up

Data Analysis Particle ID Channel ID 6He: DE-E corr. p: q-E corr. Kinematical consistency 天頂角(q)相関 方位角(f) の差 < 12°

Phen. Optical Analysis Vls rls als 6He 2.3 1.44 0.88 4He 3.92 0.86 Spin-orbit potnetial parameters 　Depth： 2.70 MeV 　Radius： 1.21 fm 　Diffuseness：1.06 fm Comparison with stable nuclei ・ Global optical potential ・ 6Li , 4He Shallow and extended shape （6He skin structure?） Vls rls als 6He 2.3 1.44 0.88 4He 3.92 0.86 0.49 6Li 3.36 0.90 0.94

Microscopic Calculation g行列理論 p-p, p-n 有効相互作用（g行列）を 密度分布で畳み込み どのモデルも同様の結果を予言 K. Amos et al. private communication S. P. Weppner et al. Phys. Rev. C 61 (2000) 044601. D. Gupta et al. Nucl. Phys. A 674 (2000) 77.

Microscopic Calculation K.Amos et al., Adv. Nucl. Phys. 25 安定核（A=7-64）－陽子散乱 微視的理論の有効性 自由パラメータなしで良く再現 ds/dW Ay

微視的理論： 最近の進展 a+2n 畳み込み模型 a-p, n-p 有効相互作用を密度分布で畳み込み aコアと2nスキンの寄与を分けて考える (⇔p-p, n-p: g行列理論) 偏極分解能： 位相が再現されず スピン軌道ポテンシャル： 半径やぼやけの形状は再現されず

S-matrix S-matrix

前後半の測定 前後半の測定 consistent な結果を得た

p+8He 弾性散乱 偏極分解能測定 p+8He 弾性散乱 コア質量＝弱束縛中性子質量 ds/dW 6He より強く束縛された中性子 p+ 4He (@PSI), 6He, 8He (@RIKEN) の同位体同士の比較 → 　過剰中性子（ハロー構造）が 　反応機構（陽子弾性散乱）に 　与える影響を明らかに ds/dW Ay R. Crespo et al. Phys. Rev. C 51 (1995) 3283.

単一粒子状態の Jp決定 不安定核における 殻構造の変化 スピン軌道分離の 中性子数依存性 殻構造の形成に本質的役割を 果たすスピン軌道分離 → 不安定核では変化している？ スピン軌道分離の 中性子数依存性 安定核の領域（錫同位体）： スピン軌道分離の中性子数 依存性 → さらに中性子が増えると？ J. P. Schiffer et al. Phys. Rev. Lett. 92 (2004) 162501.

単一粒子状態の Jp決定 (p,2p)反応による単一空孔状態の生成 各準位の束縛エネルギー・Jp決定 132Sn (Z=50, N=82) → 二重閉殻を形成 陽子ノックアウトにより、単一空孔状態を生成 各準位の束縛エネルギー・Jp決定 質量欠損法 → 束縛エネルギー Esp 散乱の角分布 → 軌道角運動量 l 有効偏極 → 全角運動量 j スピン軌道分離の変化は 殻構造の変化を説明するか？

CNS 偏極陽子固体標的 RIビーム実験用偏極標的 CNS偏極陽子固体標的 実験要請： 固体・高温・低磁場 → 従来の標的（<1K ・ 2.5T）は 使用できない CNS偏極陽子固体標的 CNS偏極陽子固体標的 試料 偏極原理 芳香族分子の励起三重項間の電子占有数の偏り 特長 高温(100 K)・低磁場( < 0.1 T) → RIビーム実験に適用可能な 世界で唯一の偏極陽子標的 ナフタレン ペンタセン (0.005 mol %) T. Wakui et al. Nucl. Instr. Meth. A 550 (2005) 521.

CNS 偏極陽子固体標的： 最近の進展 偏極度測定 偏極反転 p+4He弾性散乱 偏極分解能 Ay： 既知 左右散乱非対称： 測定 → 偏極度Pyを導出 平均偏極度 ： 13.8 ± 3.9 % 最高偏極度 ： 20.4 ± 5.8 % 偏極度を初めて決定 →　偏極物理量の絶対値決定 偏極反転 偏極物理量の導出のため、 偏極方向を反転させて測定 を行う必要 180゜パルスNMR法 固体偏極標的に初めて導入 結果 反転時間 2.2 ms 劇的な短縮（⇔従来10h） 測定時間のロスを解消 反転

偏極方法 1. 電子偏極 2. 偏極移行 偏極陽子固体標的 偏極方法 光励起された芳香族 分子の三重項状態に おける自発的偏極 温度・磁場に非依存

偏極方法 1. 電子偏極 2. 偏極移行 偏極陽子固体標的 偏極方法 電子偏極 → 陽子偏極

標的偏極度 back up

電子整列 芳香族分子を光励起 → 三重項に占有数の差

Target chamber

end