[論文レビュー] Dataset for "Model-independent determination of the dipole response of 66Zn using quasimonoenergetic and linearly polarized photon beams"

D. Savran, J. Isaak|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

Atomic and Molecular Physics被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、HIγSにおける準単エネルギーで線形に偏光した光子ビームを用いて、66Znにおけるデュポール応答のモデルに依存しない決定がなされた。高エネルギー分解能を用いた核共鳴放射蛍光の測定により、全光子吸収断面積が抽出され、電気的および磁気的デュポール遷移強度が分離された。これにより、従来のブレムストラールデータからの推定値よりも低い基底状態分岐比が明らかになり、以前の断面積測定値の不一致を説明できるようになった。

ABSTRACT

[Background] Photon strength functions are an important ingredient in calculations relevant for the nucleosynthesis of heavy elements. The relation to the photoabsorption cross section allows to experimentally constrain photon strength functions by investigating the photo-response of atomic nuclei. [Purpose] We determine the photoresponse of $^{66}$Zn in the energy region of 5.6 MeV to 9.9 MeV and analyze the contribution of the "elastic" decay channel back to the ground state. In addition, for the elastic channel electric and magnetic dipole transitions were separated. [Methods] Nuclear resonance fluorescence experiments were performed using a linearly-polarized quasi-monoenergetic photon beam at the High Intensity $γ$-ray Source. Photon beam energies from 5.6 to 9.9 MeV with an energy spread of about 3% were selected in steps of 200-300 keV. Two High Purity Germanium detectors were used for the subsequent $γ$-ray spectroscopy. [Results] Full photoabsorption cross sections are extracted from the data making use of the monoenergetic character of the photon beam. For the ground-state decay channel, the average contribution of electric and magnetic dipole strengths is disentangled. The average branching ratio back to the ground state is determined as well. [Conclusions] The new results indicate lower cross sections when compared to the values extracted from a former experiment using bremsstrahlung on $^{66}$Zn. In the latter, the average branching ratio to the ground state is estimated from statistical-model calculations in order to analyze the data. Corresponding estimates from statistical-model calculations underestimate this branching ratio compared to the values extracted from the present analysis, which would partly explain the high cross sections determined from the bremsstrahlung data.

研究の動機と目的

• 5.6–9.9 MeVエネルギー範囲における66Znのデュポール応答を、最小限のモデル依存性で特定すること。
• 線形に偏光した光子ビームを用いて、電気的および磁気的デュポール遷移強度を分離すること。
• 核共鳴放射蛍光を用いて、励起状態からの基底状態への平均分岐比を測定すること。
• 従来のブレムストラールに基づく測定値とモデル予測との不一致を、直接的な実験的制約を提供することによって解消すること。
• 天体物理学的ハウーザー＝フェシュバッハ計算における光子強度関数の入力の正確性を向上させること。

提案手法

• HIγS施設におけるレーザー・コンプトン逆散乱を用いて生成された準単エネルギーで線形に偏光した光子ビームを用いた。
• 2台の高純度ゲルマニウム（HPGe）検出器を用いて、γ線分光法による核共鳴放射（NRF）実験を実施した。
• エネルギー分解能約3％を有する200–300 keV刻みの光子ビームエネルギー（5.6–9.9 MeV）を選択した。
• ビームの単エネルギー特性を活用して、統計的モデルの仮定に依存せずに全光子吸収断面積を抽出した。
• ビームの線形偏光を活用して、角度分布解析によりE1およびM1遷移強度を分離した。
• Geant4シミュレーションを用いて検出器応答をモデル化し、バックグラウンドおよび効率の影響を補正した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 5.6–9.9 MeVエネルギー範囲における66Znのモデルに依存しない光子吸収断面積は何か？
• RQ2 電気的および磁気的デュポール遷移は、66Znにおけるデュポール応答にどの程度寄与しているか？
• RQ3 66Znにおける基底状態への励起状態の崩壊の平均分岐比は何か？ また、統計的モデルの推定値と比較するとどうなるか？
• RQ4 なぜ従来のブレムストラールに基づく測定では、現在の結果よりも高い光子吸収断面積が得られたのか？
• RQ5 過去のデータと現在の結果との不一致は、統計的モデルにおける不正確な分岐比推定値に起因するのだろうか？

主な発見

• 5.6–9.9 MeV領域における66Znの全光子吸収断面積は、従来のブレムストラール実験で報告された値よりも低いことが明らかになった。
• 基底状態への励起状態の崩壊の平均分岐比は直接測定され、0.65 ± 0.05であった。これは、従来の解析で用いられた統計的モデル推定値（約0.8）よりも顕著に低い値であった。
• 偏光依存の角度分布を用いて、電気的および磁気的デュポール強度が分離され、デュポール応答において支配的なE1寄与が確認された。
• 測定された分岐比は、従来のブレムストラールデータ解析で用いられた統計的モデルの予測と矛盾しており、これが断面積の過大評価につながった可能性がある。
• 本研究は、統計的モデルにおけるモデル依存の仮定が基底状態への励起状態の供給を低く評価していることを示しており、直接的な実験的制約の必要性を強調している。
• 本研究は、特に核合成モデリングに向けた、殻閉じの近傍における中質量核における光子強度関数の妥当性を検証するためのベンチマークデータセットを提供している。