[论文解读] Constraints on the time-scale of nuclear breakup from thermal hard-photon emission

Rafael Ortega, D. d’Enterria+15 more|CERN Bulletin|Aug 26, 2005

Nuclear physics research studies被引用 9

一句话总结

本研究利用重离子反应中次级核子-核子碰撞产生的热硬光子辐射，约束激发核系统的碎裂 timescale。通过将测得的光子谱与热轫致辐射模型拟合，作者发现 129Xe + natSn 在 50 A MeV 条件下的寿命为 τ ≈ 100–300 fm/c，表明其为来自热平衡源的顺序碎裂，而非快速自旋叉碎裂。

ABSTRACT

Measured hard photon multiplicities from second-chance nucleon-nucleon collisions are used in combination with a kinetic thermal model, to estimate the break-up times of excited nuclear systems produced in nucleus-nucleus reactions at intermediate energies. The obtained nuclear break-up time for the $^{129}${Xe} + $^{nat}${Sn} reaction at 50{\it A} MeV is $Δ$$τ$ $\approx$ 100 -- 300 fm/$c$ for all reaction centralities. The lifetime of the radiating sources produced in seven other different heavy-ion reactions studied by the TAPS experiment are consistent with $Δ$$τ$ $\approx$ 100 fm/$c$, such relatively long thermal photon emission times do not support the interpretation of nuclear breakup as due to a fast spinodal process for the heavy nuclear systems studied.

研究动机与目标

• 确定中等能量重离子碰撞中产生的多碎片核系统的碎裂 timescale。
• 评估核碎裂是通过快速自旋叉过程还是较慢的、来自热平衡源的顺序碎裂进行。
• 利用撞击参数依赖的数据，从 129Xe + natSn 在 50 A MeV 条件下的热光子斜率测量构建热卡曲线（ε⋆ vs. T）。
• 比较七种不同重离子反应中的热光子多重数，以推断源寿命并检验与热平衡模型的一致性。

提出的方法

• 使用 TAPS 探测器测量核-核反应中次级核子-核子碰撞产生的硬光子谱（Eγ > 30 MeV）。
• 采用两分量谱模型：第一碰撞的直接成分与来自热化源中次级碰撞的热成分。
• 使用动力学热模型将热光子成分的斜率与强度关联到辐射源的平均温度和寿命 τ。
• 通过将测得的总光子多重数随温度的函数进行拟合，提取 τ，假设发射率在时间上恒定。
• 采用几何模型，利用 INDRA 合作组的带电粒子多重数数据，从撞击参数 b 估算激发能 ε⋆。
• 比较多个反应（如 86Kr+58Ni、36Ar+58Ni、129Xe+natSn）中推导出的寿命，评估与热平衡的一致性，并检验轻系统中的偏差。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 129Xe + natSn 于 50 A MeV 条件下，热化源的寿命 τ 是多少？
• RQ2 测得的光子发射 timescale 是否支持快速自旋叉碎裂机制，还是更支持较慢的顺序碎裂过程？
• RQ3 不同重离子反应中的热光子多重数如何变化，这对源寿命和热化状态有何含义？
• RQ4 能否在单一反应中通过改变碰撞中心度，利用热光子数据构建热卡曲线 ε⋆(T)，并与费米液体模型预期进行比较？
• RQ5 与重系统相比，轻系统（如 36Ar+58Ni）的源寿命估计是否存在偏差，可能的原因是什么？

主要发现

• 对于 129Xe + natSn 在 50 A MeV 条件下，热源寿命 τ 在所有撞击参数区间内均被约束在 τ ≈ 100–300 fm/c，表明存在持续的发射阶段。
• 测得的热光子多重数可用假设 τ ≈ 100–300 fm/c 的热模型良好描述，且与中心度无显著依赖。
• 基于热光子斜率（ε⋆ vs. T）构建的热卡曲线在 129Xe + natSn 中位于费米液体模型预测（K = 8/A 至 13/A MeV）之下，与其他系统性结果一致。
• 在 TAPS 研究的其他六个反应中，热光子多重数表明典型源寿命为 τ ≈ 100 fm/c，远长于碰撞离子的穿越时间。
• 在两个最轻的系统（86Kr+58Ni 和 36Ar+58Ni 在 60 A MeV）中，数据提示更短的寿命（τ ≈ 35 fm/c），可能由于能量可用性更高或热平衡程度降低。
• 未发现显著的轫致辐射抑制效应，因为核子碰撞率（~1.3×10⁻¹ fm⁻¹c⁻¹）低于 Eγ > 30 MeV 条件下显著抑制的阈值（1.5×10⁻¹ fm⁻¹c⁻¹）。