[論文レビュー] Constraints on the time-scale of nuclear breakup from thermal hard-photon emission

Rafael Ortega, D. d’Enterria+15 more|CERN Bulletin|Aug 26, 2005

Nuclear physics research studies被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、中間エネルギーの重イオン反応における二次核子-核子衝突からの熱的ハード光子放出を用いて、励起状態の核系の崩壊 timescale を制約する。測定された光子スペクトルを熱的ブレムストラールングモデルでフィットすることで、129Xe + natSn において 50 A MeV の条件下で τ ≈ 100–300 fm/c の寿命が得られ、これは熱的平衡状態からの逐次的断片化であるのに対し、速やかなスピンダル崩壊とは一致しないことを示している。

ABSTRACT

Measured hard photon multiplicities from second-chance nucleon-nucleon collisions are used in combination with a kinetic thermal model, to estimate the break-up times of excited nuclear systems produced in nucleus-nucleus reactions at intermediate energies. The obtained nuclear break-up time for the $^{129}${Xe} + $^{nat}${Sn} reaction at 50{\it A} MeV is $Δ$$τ$ $\approx$ 100 -- 300 fm/$c$ for all reaction centralities. The lifetime of the radiating sources produced in seven other different heavy-ion reactions studied by the TAPS experiment are consistent with $Δ$$τ$ $\approx$ 100 fm/$c$, such relatively long thermal photon emission times do not support the interpretation of nuclear breakup as due to a fast spinodal process for the heavy nuclear systems studied.

研究の動機と目的

• 中間エネルギーにおける重イオン衝突で生成される多断片化核系の崩壊 timescale を特定すること。
• 核の崩壊が速やかなスピンダル過程によるものか、熱的平衡状態からの遅い逐次的断片化によるものかを評価すること。
• 衝突パrameterに依存するデータを用いて、129Xe + natSn における 50 A MeV の条件下で、熱的光子の温度勾配測定から、(ε⋆ vs. T) のカロリック曲線を構築すること。
• 7つの異なる重イオン反応における熱的光子多重度を比較し、源の寿命を推定し、熱的平衡モデルとの整合性を検証すること。

提案手法

• TAPS検出器を用いて、核-核衝突における第二の機会に発生する核子-核子衝突からのハード光子スペクトル（Eγ > 30 MeV）を測定する。
• 2成分スペクトルモデルを適用：最初の衝突からの直接成分と、熱化する源における二次衝突からの熱的成分。
• 運動論的熱的モデルを用いて、熱的光子成分の勾配と強度を、放射源の平均温度と寿命 τ に関連付ける。
• 温度依存の測定された包括的光子多重度をフィットし、時間的に一定の発生レートを仮定して τ を抽出する。
• 衝突パラメータ b からの励起エネルギー ε⋆ を推定するための幾何的モデルを用い、INDRA協会の charged-particle 多重度データを活用する。
• 例えば 86Kr+58Ni、36Ar+58Ni、129Xe+natSn などの複数の反応における寿命を比較し、熱的平衡との整合性を評価するとともに、軽い系におけるずれの有無を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 129Xe + natSn において 50 A MeV の条件下で、多断片化核系の熱化源の寿命 τ は何か？
• RQ2 測定された光子放出 timescale は、速やかなスピンダル崩壊メカニズムを支持するか、それとも遅い逐次的断片化プロセスを支持するか？
• RQ3 異なる重イオン反応における熱的光子多重度はどのように変化するか？ これは源の寿命および熱化状態にどのような含意を持つか？
• RQ4 中心性を変化させた1つの反応（129Xe + natSn）における熱的光子データから、カロリック曲線 ε⋆(T) を構築できるか？ これはフェルミ液体モデルの予測とどのように比較されるか？
• RQ5 軽い系（例：36Ar+58Ni）における源の寿命推定値は、重い系と比較してずれているか？ その原因として何が考えられるか？

主な発見

• 129Xe + natSn において 50 A MeV の条件下で、衝突パラメータのすべてのビンにおいて、熱的源の寿命 τ は τ ≈ 100–300 fm/c に制約され、長時間にわたる放射放出を示している。
• 測定された熱的光子多重度は、τ ≈ 100–300 fm/c を仮定した熱的モデルによりよく説明されており、中心性依存性は顕著でない。
• 129Xe + natSn における熱的光子勾配から構築されたカロリック曲線（ε⋆ vs. T）は、フェルミ液体モデルの予測（K = 8/A から 13/A MeV）を下回っており、他の系統的傾向とも整合している。
• TAPSが研究した他の6つの反応において、熱的光子多重度は典型的に τ ≈ 100 fm/c の源寿命を示しており、衝突するイオンの通過時間よりも顕著に長い。
• 2つの最も軽い系（86Kr+58Ni および 36Ar+58Ni において 60 A MeV）では、データが短い寿命（τ ≈ 35 fm/c）を示しており、これはより高いエネルギー供給量や熱的平衡の低下による可能性がある。
• Eγ > 30 MeV において顕著なブレムストラールング抑制効果がないことが確認された。これは、核子衝突率（約 1.3×10⁻¹ fm⁻¹c⁻¹）が、抑制が顕著になる閾値（1.5×10⁻¹ fm⁻¹c⁻¹）を下回っているためである。