УДК 539.14
Ю. Б. ГУРОВ, В. С. КАРПУХИН, С. В. ЛАПУШКИН, И. В. ЛАУХИН, В. А. ПЕЧКУРОВ,
В. Г. САНДУКОВСКИЙ1, Б. А. ЧЕРНЫШЕВ
Московский инженерно–физический институт (государственный университет)
1Объединенный институт ядерных исследований, Дубна
\ПОИСК СВЕРХТЯЖЕЛЫХ ИЗОТОПОВ ВОДОРОДА 4,5H В РЕАКЦИЯХ ПОГЛОЩЕНИЯ ПИОНОВ ЯДРАМИ 10,11B
Представлены результаты поиска образования сверхтяжелых изотопов водорода 4,5H в реакциях поглощения остановившихся p--мезонов ядрами 10,11B. В спектрах недостающих масс, измеренных в реакциях 11B(p-,t4He)X, 10B(p-,d4He)X, 10B(p-,t3He)X, наблюдался пик вблизи 3 МэВ. В спектрах недостающих масс, измеренных в реакциях 11B(p-,d4He)X, 11B(p-,t3He)X, 10B(p-,d3He)X, наблюдалась структура, обусловленная двумя состояниями 5H с резонансными энергиями Er = 5.2 и 10.4 МэВ.
Экспериментальное изучение структуры уровней легких нейтронно-избыточных ядер является одним из основных направлений в развитии современных представлений о свойствах ядерных сил, характеристик ядер вблизи границы нуклонной стабильности и природы образования экзотических ядерных состояний. Относительно небольшое число нуклонов делает возможным корректное микроскопическое описание их свойств, и как следствие, тестирование существующих ядерных моделей и нуклон-нуклонных потенциалов.
В отличие от других элементов, сверхтяжелые изотопы водорода, к которым относятся ядра тяжелее трития, особенно интересны в связи с экстремально большим отношением числа нейтронов к протонам и не замкнутостью протонной 1s-оболочки.
Экспериментальные исследования сверхтяжелых изотопов водорода продолжаются в течение длительного времени, однако полученная информация [1 - 4] является достаточно противоречивой и для всех ядер, кроме 4H, весьма ограниченной. Существуют значительные расхождения, как в количестве наблюдаемых уровней, так и в энергиях низколежащих состояний этих изотопов. Для разрешения существующих противоречий в структуре уровней 4,5H необходимо расширить число исследуемых каналов реакций, в которых могут наблюдаться эти изотопы. С этой целью в настоящей работе исследованы реакции поглощения остановившихся пионов ядрами 10B и 11B.
Эксперимент был выполнен на канале пионов низкой энергии Лос-Аламосской мезонной фабрики (LAMPF) с помощью двухплечевого полупроводникового спектрометра [5]. Заряженные частицы, образующиеся при поглощении пионов ядрами, регистрировались двумя многослойными полупроводниковыми телескопами, расположенными под углом 180º относительно друг друга. Суммарная толщина чувствительных слоев каждого телескопа @ 43 мм. Эта величина обеспечивала остановку наиболее длиннопробежных частиц, к которым относятся протоны на кинематическом пределе реакции с энергией ~ 100 МэВ, внутри чувствительного объема телескопов. В результате высокое энергетическое разрешение достигалось во всем диапазоне измерений энергий регистрируемых частиц. Для однозарядных частиц (p, d,t) значение разрешения DEэкс1 (FWHM) ≈ 0.5 МэВ, для двухзарядных (3,4He) DEэкс2 (FWHM) ≈ 1.9 МэВ. Уширение приборной линии обусловлено, в основном, возрастанием ионизационных потерь в мишени для двухзарядных ионов гелия.
Поиск 4H и 5H в реакциях поглощения p--мезонов изотопами бора проводился в корреляционных измерениях 3,4He на совпадение с однозарядными частицами (p, d,t). Для оценки разрешения по недостающим массам (ММ) использовались данные, полученные в том же экспериментальном сеансе в реакции 10B(p-, t4He)Х. За начало отсчета принята масса тритона. Пик в спектре соответствуют каналу реакции 10B(p-, t4He)t. Анализ результатов показал, что разрешение по MM в этих измерениях 3.0 ± 0.1 МэВ, а ошибка в энергетической привязке шкалы не превышает 0.2 МэВ.
•
•
•
•
•
•
Для выделения резонансных состояний 4H и определения их параметров мы использовали метод наименьших квадратов при описании экспериментальных спектров суммой n-частичных распределений по фазовому объему (учитывались все возможные конечные состояния с n³4, в том числе и каналы реакции с образованием синглетной пары нейтронов), Брейт-Вигнеровских распределений и вклада примеси. Предполагалось, что состояния 4H представляют собой
p-волновые резонансы с параметризацией, представленной в работе [10]. Также в описаниях спектров ММ учитывались двухчастичные каналы реакции с образованием возбужденных состояний 8Li (5.4 МэВ ≤ Ex ≤ 9.6 МэВ), которые распадаются на α+t+n и трехчастичные каналы реакции с образованием возбужденного 7Li (Ex = 4.652 МэВ), которое распадается на α+t.
Сопоставление с результатами других работ [1,2,6,7,8], в которых спектры недостающих масс описывались с помощью одного широкого резонансного состояния 4H, показывает, что значение ER, полученное в настоящей работе лежит на ≈ 1 МэВ выше. Возможно, это объясняется различной заселенностью уровней, неразделенных в этих работах. Указанием на проявление такой селективности является совпадение резонансных параметров, наблюдаемого в реакции 10B(p-,t3He)X узкого состояния, с параметрами второго состояния из реакции 9Be(p-,dt)Х.
В реакции поглощения остановившихся пионов ядрами 10B и 11B изотоп 5H может образоваться в следующих трехчастичных каналах:
11B(p-,d4He)5H, 10B(p-,p4He)5H и 11B(p-,t3He)5H.
Методика выделения резонансных состояний 5H и определения их параметров аналогична случаю 4H. Отметим только, что вклады двухчастичных и трехчастичных каналов с возбужденными состояниями изотопов лития оказались пренебрежимо малыми.
Статистически значимые описания спектров достигаются при включении только одного состояния 5H со следующими резонансными параметрами (ER,Γ): (9.7 ± 1.0 МэВ, 7.3 ± 3.0 МэВ) в реакции 11B(p-,d4He)X, (11.5 ± 1.0 МэВ, 8.2 ± 3.0 МэВ) в реакции 10B(p-,p4He)X и (5.6 ± 1.0 МэВ, 4 ± 2 МэВ) в реакции 11B(p-,t3He)X.
Эти результаты близки к значениям резонансных параметров двух низколежащих уровней 5H, наблюдаемых нами в реакциях поглощения остановившихся пионов ядрами 9Be: (5.5 ± 0.2 МэВ, 5.4 ± 0.6 МэВ) и (10.6 ± 0.3 МэВ, 6.8 ± 0.6 МэВ) [6]. Следует отметить, что исследуемые спектры не противоречат возможному существованию других уровней 5H, наблюдаемых в [6], однако недостаточная статистическая обеспеченность данных не позволяет выделить эти состояния.
Как и в работе [6], мы не нашли указаний на существование более связанных состояний 5H, наблюдаемых в экспериментах на радиоактивных пучках [7, 8-10]. Возможно, это связано с различиями в механизмах реакций и со структурой ядер в начальном состоянии.
Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ () и «Ведущая научная школа» (НШ – 3489.2008.2).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Sennhauser U.,Felowka L., Kozlowski T. et al. // Phys. Lett. B, 1981. V. 103. P. 1.
2. Franke R., Kochskamper G, Steinheuer B. et al. // Nucl. Phys. A. 1985. V. 433. P. 351.
3. Belozyorov A. V., Borcea C., Dlouhy Z. et al. // Nucl. Phys. A. 1986. V. 460. P. 352.
4. Miljanic D. // Phys. Rev. C. 1986. V. 33. P. 2204.
5. , , и др. // Письма в ЖЭТФ. 1987. Т. 45. С. 205.
6. , , и др. // Письма в ЖЭТФ. 2003. Т. 77. С. 412.
7. Meister M., Chulkov L. V., Simon H. et al. // Nucl. Phys. A. 2003. V. 723. P. 13.
8. Korsheninnikov A. A., Golovkov M. S., Tanihata I. et al. // Phys. Rev. Lett. 2001. V. 87. P. 092501.
9. Golovkov M. S., Oganessian Yu. Ts., Bogdanov D. D. et al. // Phys. Lett. B. 2003. V. 566. P. 70.
10. Golovkov M. S.,Grigorenko L. V., Fomichev A. S. et al. // Phys. Rev. Lett. 2004. V. 93. P. 262501.
