[论文解读] 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 6

一句话总结

本研究首次在238U与重靶核（206Pb、181Ta）的重离子碰撞中，于库仑势垒附近观测到内部对转换（IPC）产生的弱e+e−谱线。利用GSI双-橙谱仪进行多普勒能移修正的e+e−符合谱学测量，研究者在能量上与已知γ射线跃迁（206Pb中的1.844 MeV E1跃迁和207Pb中的1.770 MeV M1跃迁）相匹配的位置识别出IPC谱线，其截面与理论IPC系数及测量的γ射线激发截面一致，证实了在这些跃迁中IPC占主导地位，且无背景贡献。

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.

研究动机与目标

• 检测并表征238U与重靶核碰撞中产生的来自内部对转换的弱e+e−谱线。
• 研究利用高分辨率e+e−符合谱学在库仑势垒附近观测核反应中IPC过程的可行性。
• 通过将测量的e+e−总能量谱与γ射线激发数据对比，验证理论预测的IPC截面。
• 确定在这些高能碰撞体系中，非IPC贡献或背景过程是否占主导。

提出的方法

• 在GSI利用双-橙谱仪测量238U + 206Pb和238U + 181Ta碰撞中e+e−符合事件，束流能量接近库仑势垒。
• 对测量的e+e−总能量谱应用多普勒能移修正，以考虑发射核的运动效应。
• 分析修正后的谱线，识别出与离散核跃迁γ射线内部对转换相对应的尖锐谱线。
• 将观测到的e+e−谱线截面与独立测量的γ射线激发截面及理论预测的IPC系数进行比较。
• 将测量与预测截面的一致性作为确认谱线IPC起源的关键标准。
• 对转移截面进行系统分析，作为最接近接近距离（R_min）的函数，将其与库仑势垒附近的入射能量依赖性关联。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在接近库仑势垒的重离子碰撞中实验分辨出内部对转换（IPC）产生的e+e−谱线？
• RQ2 观测到的e+e−总能量谱线是否与已知γ射线跃迁的理论IPC截面预测一致？
• RQ3 测量的e+e−谱线截面是否与同一反应体系中独立测量的γ射线激发截面相匹配？
• RQ4 转移截面是否对最接近接近距离（R_min）表现出可测量的依赖性，表明在库仑势垒附近具有显著的能量与动力学敏感性？
• RQ5 e+e−谱中是否存在除IPC以外的贡献，例如轫致辐射或其他背景过程？

主要发现

• 在238U + 206Pb和238U + 181Ta碰撞中，分别在1.844 MeV和1.770 MeV处观测到弱e+e−谱线，其能量与已知的E1和M1 γ射线跃迁相匹配。
• 测量的e+e−谱线截面与理论IPC系数及独立测量的γ射线激发截面一致。
• 除归因于IPC的谱线外，未观测到其他e+e−总能量谱线，表明背景或非IPC贡献极小。
• 转移截面表现出对最接近接近距离（R_min）的强依赖性，表明在库仑势垒附近具有显著的能量与动力学敏感性。
• 多普勒能移修正后的谱线确认了谱线的运动学起源，并验证了光谱重建方法的可靠性。
• 结果提供了重离子碰撞在近势垒能量下IPC e+e−谱线的首个直接实验证据，证实了理论预测在新能区的适用性。