[論文レビュー] Even-odd effect in multifragmentation products: the footprints of evaporation

M. V. Ricciardi, K.‐H. Schmidt+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 2, 2010

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ひとこと要約

本研究では、GSIダルムシュタットのFREIBERG-REKORD-Spektrometer（FREIBERG-REKORD-Spektrometer）で得られたデータを用いて、相対論的エネルギー下における多断片化反応からの中質量核片（IMF）生成における偶奇のずれの起源を調査する。本研究では、観測されたずれが、加熱された核の冷却過程における逐次的蒸発に起因することを示しており、その影響は結合エネルギーではなく、最小粒子分離エネルギーと強く相関している。これは、蒸発がIMF生成に与える支配的役割を強調し、高エネルギー核反応解析における仮定を再考させるものである。

ABSTRACT

The analysis of experimental production cross-sections of intermediate-mass fragments (IMF) of several nuclear reactions at relativistic energy, measured at the FRS, GSI Darmstadt, revealed a very strong and complex even-odd staggering. The origin of this effect is related to the condensation process of hot nuclei while cooling down by evaporation. The characteristics of the staggering correlate strongly with the lowest particle separation energy of the final experimentally observed nuclei, but not with the binding energy. The study confirms the important role of the de-excitation process in multifragmentation reactions, and indicates that sequential decay strongly influences the yields of IMF, which are often used to extract information on the nature of nuclear reactions at high energies.

研究の動機と目的

• 相対論的エネルギー下の多断片化反応における中質量核片（IMF）生成における強い偶奇のずれの起源を理解すること。
• このずれが、最終核片の核構造由来であるのか、あるいは冷却過程における脱励起ダイナミクス由来であるのかを特定すること。
• 特に実験的に観測された核片の性質に関連して、逐次的蒸発がIMF生成に与える影響を評価すること。
• なぜIMF生成断面積—反応機構を推定するために一般的に用いられるが—核の殻構造に強く関連した系列的偏差を示すのかを明確にすること。

提案手法

• GSIダルムシュタットのFREIBERG-REKORD-Spektrometerで測定された相対論的核反応からの中質量核片（IMF）の生成断面積の分析。
• 観測された偶奇のずれパターンを、核殻効果および分離エネルギーと比較。
• 観測されたずれの振幅と相関する主要な物理量として、最小粒子分離エネルギーを用いる。
• 蒸発の役割を分離するために、結合エネルギーではなく最終観測核片に依存するずれの依存性を検討。
• 統計的および分光学的モデルを用いて、加熱・励起状態の核の逐次的崩壊経路をシミュレート。
• 実験データと逐次的蒸発モデルに基づく理論的期待値を体系的に比較し、この現象の起源を検証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ多断片化反応における相対論的エネルギー下のIMF生成断面積に強い偶奇のずれが観測されるのか？
• RQ2 観測されたずれは、主に最終核片の殻効果由来であるのか、それとも脱励起過程のダイナミクス由来であるのか？
• RQ3 最終核片の最小粒子分離エネルギーは、偶奇のずれの振幅および構造とどのように相関するか？
• RQ4 加熱核の冷却過程における逐次的蒸発は、最終的なIMF生成にどの程度の影響を及ぼすのか？
• RQ5 なぜIMF生成断面積—反応機構を推定するために一般的に用いられるが—核殻構造に強く関連した系列的偏差を示すのか？

主な発見

• IMF生成における偶奇のずれは、最終観測核片の全結合エネルギーではなく、最小粒子分離エネルギーと強く相関している。
• 観測されたずれのパターンは、加熱され多断片化する核の脱励起過程における逐次的蒸発によって最もよく説明できる。
• 分離エネルギーが低い核片に対してずれが顕著に現れることから、蒸発ダイナミクスが最終的な生成断面積分布を支配していることが示唆される。
• 本研究では、逐次的崩壊過程がIMF生成断面積に顕著に影響することを確認しており、観測された核片が直接的に一次的多断片化過程を反映しているという仮定に疑問を呈する。
• 結合エネルギーとの明確な相関がないことから、殻効果だけではずれを説明できないことが示され、代わりに蒸発の運動論的および逐次的性質が主因であると示唆される。
• 本研究の結果は、加熱核物質の性質を推定するために用いられるIMF生成断面積が、放出後の蒸発効果を補正しないと誤解を招く可能性があることを示唆している。