[논문 리뷰] Interactions of Relativistic $^6$Li Nuclei with Photoemulsion Nuclei

M. I. Adamovich, S. P. Kharlamov외 6명|arXiv (Cornell University)|2004. 01. 01.

Nuclear physics research studies인용 수 12

한 줄 요약

이 연구는 상대론적 6Li 핵(핵자당 4.5 GeV/c)이 사진현상판 핵과의 비탄성 상호작용을 고해상도 현상지 추적을 통해 측정하여 분열 역학을 조사한다. 6Li 핵은 느슨하게 결합된 α-d 클러스터로 구성되어 있으며, 이로 인해 전자기적 상호작용과 장거리 비탄성 상호작용이 증가하여 기하모델 예측보다 평균 상호작용 범위가 25% 짧아지는 것으로 나타났다—이는 전하 분포에 의해 지배되는 큰 효과적 반경을 나타낸다.

ABSTRACT

Inelastic interactions of nuclei accelerated to a momentum of 4.5 GeV/$c$ per projectile nucleon with photoemulsion nuclei have been investigated. The main features of these interactions - mean ranges of $^6$Li nuclei, mean multiplicities of secondaries, the isotopic composition of fragments, fragmentation channels, and the mean transverse momenta of projectile fragments - have been measured. The probability of the charge-exchange reaction featuring lithium nuclei has been determined. The results obtained for the $^6$Li nucleus have been compared with data for other nuclei. The observed features of $^6$Li interactions with other nuclei indicate that the $^6$Li structure in the form of the loosely bound system consisting of an $α$-particle and a deuteron cluster clearly manifests itself in these interactions. Events resulting in the coherent dissociation of $^6$Li nuclei into $^4$He+$d$, $^3$He+$t$, and $t+d+p$ and involving low-lying excitations of $^6$Li have been observed.

연구 동기 및 목표

• 상대론적 6Li 핵의 비탄성 상호작용에서 사진현상판 핵과의 분열 역학을 조사하기 위해.
• 6Li 분획의 동위원소 조성과 분열 채널을 규명하기 위해.
• 6Li 클러스터 구조(α + d)가 비탄성 단면적을 증가시키는 데 기여하는 바를 평가하기 위해.
• 가장자리 운동량 이송과 전하교환 반응을 식별하기 위해.
• 실험 결과를 기하모델 예측과 비교하고 효과적 반경을 추출하기 위해.

제안 방법

• JINR의 동기핵가속기에서 6Li 빔을 핵자당 4.5 GeV/c로 조사하여 BR-2 사진현상판 스택에 조사.
• 1,657건의 비탄성 상호작용을 식별하기 위해 234.1 m의 궤적 스캔.
• 이온화 밀도와 극좌표 및 애자이지각을 측정하여 상대론적 분획의 전하 식별.
• 단일 및 이중 전하 입자에 대해 다중 쿨롱 산산산산을 이용하여 3° 이내의 발사각을 가진 입자의 운동량 추정.
• α + d 분획의 효과적 질량(Meff)을 계산하여 Meff − MLi를 통해 6Li의 진동 에너지 추정.
• 관측된 분포를 알려진 6Li 준위(2.19, 4.31, 5.40, 5.65 MeV)와 비교.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 6Li의 클러스터 구조(α + d)는 핵 목표와의 비탄성 상호작용 단면적에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 6Li 핵의 사진현상판 내 평균 범위는 얼마이며, 기하모델 예측과 비교해보면 어떠한가?
• RQ3 α + d 또는 다른 분획으로의 공명 분열 과정에서 6Li의 낮은 에너지 준위 상태가 어느 정도 인플레이션되는가?
• RQ4 전하교환 반응은 어느 정도 비율로 발생하며, 전자기적 과정의 기여는 어떠한가?
• RQ5 분열 사건에서의 횡방향 운동량 이송은 전자기적 상호작용 또는 강한 상호작용의 지배를 어떻게 반영하는가?

주요 결과

• 비탄성 상호작용에 대한 6Li의 측정된 평균 범위는 14.1 ± 0.4 cm이며, 기하모델 예측의 16.5 cm보다 유의미하게 짧다.
• 평균 범위에서 유도된 효과적 반경은 핵자 분포 반경이 아니라 6Li의 제곱평균 제곱전하 분포 반경을 나타낸다.
• 6Li 분해 사건의 상당 부분이 낮은 에너지 준위 상태(2.19–5.65 MeV)를 통해 진행되며, 이는 2.19 MeV 근처에서 진동 에너지 분포의 피크로 확인된다.
• 공명 분해 사건에서 횡방향 운동량 이송은 50%의 경우에서 ≤200 MeV/c 이하로 나타나 전자기적 상호작용이 지배적임을 시사한다.
• 메손을 포함하지 않은 과정을 통한 전하교환 반응 확률(Z = 2 또는 4)은 ≤0.5% 이며, 강한 상호작용 전하교환의 기여가 미미함을 나타낸다.
• 큰 충격 매개변수에서 비탄성 단면적의 관측된 증가 현상은 느슨하게 결합된 (α + d) 클러스터 구조로 인해 기하 예측을 초월하는 상호작용 단면적을 증가시키기 때문임이 밝혀졌다.