[论文解读] Asymptotic normalization coefficient of ^{8}B from breakup reactions and the S_{17} astrophysical factor

L. Trache, F. Cârstoiu+2 more|OakTrust (Texas A&M University Libraries)|Aug 1, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本文提出一种新颖的间接方法，通过在30–300 MeV/u能量范围内利用扩展的Glauber模型结合非-eikonal校正，从单质子 break-up 反应中确定 $^8$B 的渐近归一化系数（ANC）。提取的 ANC 值为 $C_{\text{tot}}^2 = 0.450 \pm 0.039\ \text{fm}^{-1}$，由此得到的 $^7$Be(p,γ)$^8$B 反应的天体物理S因子为 $S_{17}(0) = 17.4 \pm 1.5\ \text{eV} \cdot \text{b}$，与直接和间接测量结果高度一致。

ABSTRACT

We show that asymptotic normalization coefficients (ANC) can be extracted from one nucleon breakup reactions of loosely bound nuclei at 30-300 MeV/u. In particular, the breakup of ^{8}B is described in terms of an extended Glauber model. The 8B ANC extracted for the ground state of this nucleus from breakup data at several energies and on different targets, C^2 = 0.450+/-0.039} fm^-1, leads to the astrophysical factor S_{17}(0)= 17.4+/-1.5 eVb for the key reaction for solar neutrino production 7Be(p,gamma)8B. The procedure described here is more general, providing an indirect method to determine reaction rates of astrophysical interest with beams of loosely bound radioactive nuclei.

研究动机与目标

• 开发一种可靠的方法，用于确定 $^7$Be(p,γ)$^8$B 反应的天体物理S因子 $S_{17}(0)$，该反应是太阳中微子产生过程中的关键步骤。
• 从中间能量范围（30–300 MeV/u）的单核子 break-up 数据中提取 $^8$B 的渐近归一化系数（ANC），避免直接进行低能测量。
• 验证扩展的Glauber模型结合非-eikonal校正对类似 $^8$B 这类价键核素的松散分子壳层核的外围反应动力学的描述能力。
• 提供一种替代且互补的方法，以减少系统误差并提高关键天体物理S因子的冗余性。

提出的方法

• 采用在eikonal近似下包含二阶非-eikonal校正的扩展Glauber模型，计算单质子 break-up 截面和 $^7$Be 核心的动量分布。
• 该模型将 $^8$B 投射体视为一个核心（$^7$Be）和一个价层质子，其重叠函数在核力可忽略的渐近区域由ANC描述。
• 通过将模型拟合至多种靶核（Be、C、Al、Cu、Pb）和能量范围（30–300 MeV/u）的 break-up 截面和核心动量分布实验数据，提取ANC。
• 通过影响参数依赖的概率，考虑剥离、衍射解离和库仑解离的贡献。
• 对来自多个数据集的ANC进行加权平均，并包含光学模型归一化、$b_p$ 依赖性以及激发态贡献带来的系统误差。
• 随后利用参考文献[8]中的形式化方法，基于ANC计算天体物理S因子 $S_{17}(0)$，并估算 $^8$B 质子壳层的均方根半径。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否从中间能量范围的单质子 break-up 反应中可靠地提取 $^8$B 的渐近归一化系数（ANC）？
• RQ2 扩展的Glauber模型结合非-eikonal校正是否能准确描述 $^8$B 在不同靶核上的外围反应动力学？
• RQ3 基于提取的ANC，$^7$Be(p,γ)$^8$B 反应的天体物理S因子 $S_{17}(0)$ 的结果是多少？
• RQ4 基于ANC的 $S_{17}(0)$ 与直接测量和其他间接方法的结果相比如何？
• RQ5 ANC在多大程度上可用于推断如 $^8$B 质子壳层的均方根半径等谱学性质？

主要发现

• 从30–300 MeV/u 能量范围和多种靶核的 break-up 数据中，成功提取出 $^8$B 基态的渐近归一化系数为 $C_{\text{tot}}^2 = 0.450 \pm 0.039\ \text{fm}^{-1}$。
• 确定 $^7$Be(p,γ)$^8$B 反应的天体物理S因子为 $S_{17}(0) = 17.4 \pm 1.5\ \text{eV} \cdot \text{b}$，与近期直接和间接测量结果一致。
• 扩展的Glauber模型结合非-eikonal校正能出色描述在 $^9$Be 上 $^8$B break-up 在41 MeV/u 时的核心动量分布，包括大动量尾部。
• 提取的ANC与在12 MeV/u 能量下通过 $^7$Be($p$,$^8$B) 转移反应获得的值高度一致，验证了该方法的一致性。
• 计算得到的 $^8$B 质子壳层的均方根半径为 $r_h = 4.20 \pm 0.21\ \text{fm}$，与壳层核行为一致。
• 若排除在40和142 MeV/u 时的两组 $^{12}$C 数据点（其能量依赖性不一致），则得到 $C_{\text{tot}}^2 = 0.456 \pm 0.028\ \text{fm}^{-1}$，进一步证实了结果的稳健性。