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21世纪以来,随着核素版图扩展到奇特核区域,直接核反应(特别是敲出反应)成为研究核(单粒子和集团)结构的重要手段。利用敲出反应研究非稳定核结构有其特点和优点。例如,中高能区敲出反应截面较大,由于逆运动学和厚靶的应用,以及逐事件径迹测量,实验只需要在每秒几个粒子以上的束流强度就可以得到有意义的结果。另外,中高能区的反应理论相对比较简单准确。
敲出反应尽管比较简单,但是单举测量时仍然涉及多种机制的混合,需要混合的理论来处理补充,这造成了提取结构信息的不确定性。同时,尽管敲出反应中采用的是较轻靶(如Be靶和C靶等),但是毕竟靶核仍然有其内部结构,是否能将其看作简单的探针仍然值得研究。(例如GSI于2002年发表的,8He束流入射到C靶上,观察到1MeV的共振态,但是(2009年)入射到H靶上的相似实验却无法验证这个结论。这究竟是否来自于不清楚的反应机制,仍是待研究的问题。)解决的办法是,针对所要研究的非稳定核结构的特点,以及感兴趣的核结构信息,选取适当的能区和靶,以突出需要采用的反应体系和机制。
8He有着一些迷人的特性:如她(在所有束缚态核中)具有最大的中子质子比(N/Zratio);被认为是双Borromean核:双中子(0p3/2)2分离能为2.139MeV(而对于6He,同一值仅为973keV);中子对能(neutron paring energy)为3.03MeV,是已知核中最大的(比6He同一值大275keV);核物质密度分布半径比6He还略小等。与之前认为8He基态是一个α加4个中子(闭合的1p3/2壳)不同,近期工作发现。He基态中包括“α+2n+2n”(6He+2n,l-s耦合所表现的特征)成分,即包含di-neutron结构。这有点类似于12C中的3u集团结构。如果8He基态中存在6He(0+)+2n,那么8He的价中子被敲出后,7He或将由(1/2)-的激发态衰变。因此针对该激发态的实验测量尤为重要。然而,由于之前的实验存在靶相关的问题,没有区分敲出反应机制,重建得到的不变质量谱,是否完全来自于7He共振态衰变的反应机制没有定论。
本文介绍了北京大学组于2009年8月在日本理化所开展的,82.3MeV/u8He在(CH2)n靶和C靶上的,利用反冲质子标记区分反应机制的敲出反应实验。
本工作利用具备国际高水准的、完备的实验探测器装置,通过验证θp～θcore,ψp～ψcore,E6He～θ6He(对于核芯碎片敲出),Ep～θp(对于价中子敲出)等完备的运动学观测量符合关系,满足弹性散射两体运动学的计算结果,首次证明了利用反冲质子标记,来区分价中子敲出和核芯碎片敲出两种不同反应机制的实验方法在中能区(～100MeV/u)成立。这为今后在该能区,通过开展由(覆盖更大立体角)反冲质子标记的,清楚区分反应机制基础上的敲出反应实验,研究弱束缚奇特核的结构,提供了一种有效的手段。这证明今后可以采用固体的(CH2)n靶开展相应的区分反应机制的敲出反应实验,而不必须采用液态H靶(liquid Hydrogentarget)或其他复杂形式的纯H靶。
本工作得到了利用反冲质子标记选取出的,符合6He核芯敲出反应机制数据的微分截面。这为今后在中能区(～100MeV/u)通过(反冲质子标记)区分反应机制的敲出反应,开展针对奇特核内部集团结构(cluster structure)的定量的谱学研究(提取谱因子等)提供了一种重要手段。
本工作介绍了8He束流入射到C靶和H靶上,利用实验记录的6He碎片和中子信息,在未与反冲质子符合情况下,重建的7He不变质量谱,并与GSI于2002年和2009年发表的结果进行对比。实验数据和理论分析发现,本次实验的C靶结果和H靶并无区别,均未观察到GSI于2002年发表的位于1MeV的共振态(被解释为0.6MeV的1/2-激发态)。同时,理论分析拟合得到的基态(Er=0.380(2)MeV)和宽度(Γ(Er)=0.195(4)MeV),均与GSI于2009年发表的8He在LH2靶上得到的结果相符合。此外,利用大角度碎片望远镜系统D2中6He(来自核芯敲出等其他反应机制)与中子进行“不变质量谱重建”的结果显示,2002年GSI发表的利用C靶看到的位于1MeV的共振态,或许来自于其他反应机制。
本工作在利用反冲质子标记,选取价中子敲出反应机制的事件后,再进行7He不变质量谱的重建。此时得到的7He结构信息更为可靠。理论分析表明,7He的基态为Er=0.430(3)MeV,与一致结论相符合;宽度为0.182(5)MeV,比过去的实验结果略窄。同时,获得7He的基态谱因子为Sn=0.532(19),为首次在区分敲出反应机制基础上得到的结果,更为可靠。