[論文レビュー] Weak e+e- lines from internal pair conversion observed in collisions of 238U with heavy nuclei

S. Heinz, E. Berdermann+10 more|CERN Bulletin|Jun 25, 1997

X-ray Spectroscopy and Fluorescence Analysis被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、238Uと重い標的（206Pb、181Ta）の衝突において、クーロン障壁付近で内部対生成（IPC）からの弱いe+e−線の観測を初めて報告した。GSIのダブル・オレンジ分光計を用いたドップラー補正済みe+e−一致分光法により、既知のγ線遷移（206Pbにおける1.844 MeVのE1および207Pbにおける1.770 MeVのM1）と一致するエネルギーのIPC線を同定した。測定された断面積は理論的IPC係数および測定済みのγ線励起断面積と整合しており、バックグラウンド寄与なしにIPCがこれらの遷移において支配的であることを確認した。

ABSTRACT

We present the results of a Doppler-shift correction to the measured e+e- sum-energy spectra obtained from e+e- coincidence measurements in 238U + 206Pb and 238U + 181Ta collisions at beam energies close to the Coulomb barrier, using an improved experimental setup at the double-Orange spectrometer of GSI. Internal-Pair-Conversion (IPC) e+e- pairs from discrete nuclear transitions of a moving emitter have been observed following Coulomb excitation of the 1.844 MeV (E1) transition in 206Pb and neutron transfer to the 1.770 MeV (M1) transition in 207Pb. In the collision system 238U + 181Ta, IPC transitions were observed from the Ta-like as well as from the U-like nuclei. In all systems the Doppler-shift corrected e+e- sum-energy spectra show weak lines at the energies expected from the corresponding $γ$-ray spectra with cross sections being consistent with the measured excitation cross sections of the $γ$ lines and the theoretically predicted IPC coefficients. No other than IPC e+e- sum-energy lines were found in the measured spectra. The transfer cross sections show a strong dependence on the distance of closest approach (R_min), thus signaling also a strong dependence on the bombarding energy close to the Coulomb barrier.

研究の動機と目的

• 238Uと重い標的を用いた重イオン衝突において生じる内部対生成由来の弱いe+e−線を検出および特徴づけること。
• 高分解能e+e−一致分光法を用いて、クーロン障壁付近の核反応におけるIPCプロセスの観測可能性を調査すること。
• 測定されたe+e−和エネルギースペクトルとγ線励起データを比較することで、理論的IPC断面積予測の妥当性を検証すること。
• このような高エネルギー衝突系において、非IPC寄与やバックグラウンドプロセスが支配的であるかどうかを特定すること。

提案手法

• GSIのダブル・オレンジ分光計を用い、クーロン障壁付近のビームエネルギーで238U + 206Pbおよび238U + 181Ta衝突からのe+e−一致イベントを測定した。
• 発光核の運動を補正するため、測定済みのe+e−和エネルギースペクトルにドップラー補正を施した。
• 補正済みスペクトルを分析し、離散的核遷移に由来するγ線の内部対生成に対応する鋭い線を同定した。
• 観測されたe+e−線断面積を、独立して測定されたγ線励起断面積および理論的に予測されたIPC係数と比較した。
• 測定値と予測値の整合性を、線のIPC起源を確認する主な基準とした。
• クーロン障壁付近での入射エネルギー依存性を示す、最近接接近距離（R_min）の関数としての移行断面積の系統的分析を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クーロン障壁付近の重イオン衝突において、内部対生成（IPC）由来のe+e−線を実験的に解像できるか？
• RQ2 観測されたe+e−和エネルギー線は、既知のγ線遷移に対する理論的IPC断面積予測と整合的か？
• RQ3 測定されたe+e−線断面積は、同一反応系で独立して測定されたγ線励起断面積と一致するか？
• RQ4 移行断面積に最近接接近距離（R_min）依存性が顕著に現れるか？ これはクーロン障壁付近でのエネルギーおよび力学的感度を示唆するか？
• RQ5 e+e−スペクトルに、ブレムストラールや他のバックグラウンドプロセスによる寄与は存在するか？

主な発見

• 238U + 206Pbおよび238U + 181Ta衝突において、それぞれ1.844 MeVおよび1.770 MeVの弱いe+e−線が観測され、これらは既知のE1およびM1γ線遷移と一致した。
• 測定されたe+e−線断面積は、理論的IPC係数および独立して測定されたγ線励起断面積と整合した。
• IPCに起因するもの以外の追加のe+e−和エネルギー線は観測されず、バックグラウンドまたは非IPC寄与が最小限であることが示された。
• 移行断面積は最近接接近距離（R_min）に強く依存しており、クーロン障壁付近での入射エネルギーに顕著な感度があることを示した。
• ドップラー補正済みスペクトルにより、線の運動学的起源が確認され、分光再構成手法の妥当性が裏付けられた。
• 本結果は、クーロン障壁エネルギー近傍における重イオン衝突でIPC由来e+e−線を直接観測した初の実験的証拠を提供し、理論的予測が新たな領域で正当化された。