Возбужденные состояния 8Be и 6Li


  1. Аннотация. В этом сообщении обсуждается возможность экспериментального обнаружения возбужденных состояний ядра 8Be по углу между двумя α -частицами. Показано, что выделение индивидуальных событий распада ядра 8Be на две α - частицы по углу в фото эмульсии между ними невозможно как для распада из основного состояния 8Be, так и для распада его из какого то возбужденного состояния.

    Показано, что утверждение группы ФИАН (ЯФ, 62, 1999, 1461), о том, что "установлено" проявление низших уровней возбуждения ядра 6Li (23 события), не соответствует действительности.

  2. Интерес к возможности выделения канала фрагментации релятивистских ядер через промежуточное состояние 8Be понятен. Во-первых, это единственный "префрагмент", который достоверно идентифицирован, а во-вторых, вероятности фрагментации таких ядер как 12C, 16O через промежуточное состояние 8Be оказались довольно большими - около 30%. Возможно они будут не так малы вплоть до 32S.

    Экспериментально установлено, что примерно 10% α - частиц, фрагментов свинца с энергией 160 А ГэВ, образуются через канал 8Be.

    Естественно желание установить наличие каналов фрагментации с образованием возбужденного состояния ядра 8Be.

    Уровни ядра 8Be приведены здесь.

  3. В фотоэмульсии наличие канала 8Be может быть установлено только по измерениям угла между двумя α - частицами. Для этого пригоден как угол θ между векторами импульсов α - частиц, так и угол φ между проекциями этих векторов на плоскость эмульсии. Конечно, хотелось бы иметь дело с углами θ, по которым, при некоторых предположениях об импульсах частиц, можно оценить прямо инвариантную массу системы распавшейся на две частицы. Вычтя из нее массу покоя ядра 8Be, получим энергию возбуждения этого ядра. Но, точности оценок углов &theta, из за плохого разрешения вертикальных координат в эмульсии, много меньше точности измерения углов в плоскости эмульсии.

    Только благодаря достигнутого разрешения по углу fi порядка 0.01 мр оказалось возможно выделить избыток углов между α - частицами в интервале 0-0.04 мр при фрагментации свинца с энергией 160 А ГэВ. В более ранней работе Сотрудничества EMU01 этого избытка не наблюдалось. Очевидно, реальные ошибки измерения плоских углов между следами были много больше сотых долей мили радиана, и этот максимум был размыт.

  4. Если возбуждение ядра 8Be отсутствует, то используя точные значения масс ядер 8Be и 4He, получаем, что кинетическая энергия и импульс одной α - частицы в СЦИ 8Be равны 0.046 МэВ и 18.552 МэВ/c. Для р=4500 МэВ/c на нуклон максимальный угол между частицами, когда они в СЦИ летят под углом 90 град. к импульсу 8Be, равен 2.061 мр. Если угловое распределение импульсов α - частиц изотропно в СЦИ 8Be, то средний угол между ними в лабсистеме и его стандарт, равны 1.617 ± 0.464 мр. Вероятности наблюдения углов в интервалах по 0.1 мр от нуля до максимального угла, приведены в следующей таблице 1, полученной моделированием 10000 распадов 8Be.

    Таблица 1. В % на интервал
    от 0.0 до 1.0 мр 0.13 0.32 0.75 0.77 1.04 1.52 1.63 1.84 2.37 2.60
    от 1.0 до 2.0 мр 2.63 3.51 3.74 3.80 4.92 5.36 6.35 7.76 9.86 14.75
    больше 2.0 мр 24.35

  5. Что будет при распаде возбужденного ядра 8Be из этого ясно видно. Если энергия возбуждения мала, и например, порядка 100 кэв, то кинетическая энергия одной α - частицы увеличится в 2 раза, а все углы возрастут в корень квадратный из двух. Форма распределения по углам между частицами останется прежней, но средний угол будет уже не 1.6, а 2.3 мр. Уловить это различие по углам θ невозможно. Надо переходить к плоским углам...

    Если энергия возбуждения велика, скажем 20.9 МэВ, то тогда средний угол будет 24 ± 7 мр. А в этом интервале будет много углов между α - частицами от каналов фрагментации не связанных с промежуточным состоянием 8Be. Другими словами, будет большой фон.

  6. Плохой вид функции плотности вероятности наблюдения угла между двумя α - частицами при распаде 8Be или 8Be* делает практически невозможным отделение друг от друга индивидуальных событий с разными энергиями возбуждения. Эти функции перекрываются во всем диапазоне изменения углов от нуля до максимального угла. Статистическое выделение распада из основного состояния возможно только потому, что фон в области малых плоских углов между всеми α - частицами в событии мал. С увеличением энергии возбуждения фон этот сильно возрастает, и даже статистическое выделение вклада возбужденных состояний 8Be* кажется весьма проблематичным.

  7. При исследовании фрагментации ядер 6Li в группе ФИАН (Адамович М. И. и др., ЯФ, 68, 1999, 1461), наблюдались 23 события диссоциации ядра 6Li на 4He + 2H. Средний поперечный импульс альфа частицы и дейтона оказались равными 150 и 134 МэВ/c с ошибками около 10 %, т. е. в среднем 142 МэВ/c. Векторная сумма двух частиц в каждом событии оказалась не равной нулю. Это интерпретируется как следствие передачи первичному ядру как целому некоторого поперечного импульса, средняя величина которого оказалась равной 164 МэВ/c. Ранее такое явление наблюдалось при изучении фрагментации релятивистских ядер неона - 22 в эмульсии. Таким образом, первичному ядру как целому передается как поперечный, так и продольный импульс. Очевидно, что при этом ядру передается и некоторая энергия возбуждения Е > 1.47 Мэв, где 1.47 это разность массы альфа частицы + массу дейтона и массы ядра лития в основном состоянии. Так как продольные импульсы в эксперименте не измеряются, то они полагаются 4-м или 2-м импульсам на нуклон первичного ядра (4.5 ГэВ/c) соответственно, для альфа частицы и для дейтона. В поперечной плоскости осуществляется переход в симметричную систему, в которой векторная сумма двух частиц в событии равна нулю. Такой переход осуществлялся во многих фото эмульсионных работах. Часто симметричную систему называют системой центра масс, хотя очевидно, что она ею не является. В работах группы ПИЯФ, которая так же исследовала фрагментацию ядра литий - 6 при том же импульсе на нуклон, было показано, что при независимом разлете фрагментов, отношение среднего поперечного импульса в лабораторной системе, к среднему поперечному импульсу в симметричной системе должно быть равно корню квадратному из двух. Это работы в Письмах в ЖЭТФ, 58, 1993, 493 и там же в томе 59, 1994, 312, а так же Препринт ПИЯФ 1901, 1993, Гатчина и ЯФ, 58, 1995, 881. Для фрагментов лития - 6 и эксперимент, и моделирование совпадают с этим предсказанием. Работа группы ФИАН дает для среднего поперечного импульса в симметричной системе величину 97 МэВ/c с ошибкой 10 %, что позволяет утверждать, что эксперимент группы ФИАН не отвергает предсказания модели независимого испускания фрагментов, и что этот эксперимент совпадает с экспериментом ПИЯФ.

    Причина этого состоит в том, что релятивистское ядро есть система неопределенного, но большого числа конституентов. Имеется большое число не нуклонных степеней свободы. Релятивистское ядро есть облако партонов, векторная сумма поперечных (и продольных) импульсов которых всегда равна нулю. Эта динамическая система инвариантна относительно трансляции в обычном пространстве. А в конечном состоянии мы наблюдаем только две частицы с теми их импульсами, которые они имели, будучи партонами. Ясно, что векторная сумма поперечных импульсов этих двух случайно выбранных партонов из большого облака партонов, не может быть равна нулю.

    Независимое испускание фрагментов легко моделируется по МК. В каждом генерированном событии переходим в симметричную систему в поперечной плоскости (как и в эксперименте). В этой системе вычисляем сумму кинетических энергий альфа частицы и дейтона, добавляем 1.47 МэВ, и получаем энергию возбуждения ядра лития - 6, который распался в этом событии на две частицы с этими поперечными импульсами. Распределение событий по энергии возбуждения, в интервалы по одному МэВ-у, нормированное на 23 события (генерировано 2300 событий), приведено в таблице 2.

    Таблица 2. Среднее число событий в интервале 1 МэВ от 0 до 10 МэВ
    0.0 2.25 1.97 1.89 1.37 1.49 1.28 1.27 0.94 0.8

    Как видно, плотность вероятность наблюдения данной энергии возбуждения, с увеличением энергии возбуждения, монотонно убывает. Это согласуется с экспериментом группы ФИАН (рис. 6 их работы). Зная величину среднего поперечного импульса в симметричной системе, и ошибку этой величины, легко вычислить, что средняя энергия возбуждения будет около 3.8 МэВ, а ее ошибка около 1.1 МэВ. Это значит, что столбцы гистограммы рис. 6 нельзя рассматривать как оценки плотности вероятности наблюдения энергии возбуждения в этом канале гистограммы. Для этого ошибки гистограммируемых величин должны быть значительно меньше ширины канала гистограммы.

  8. Результаты работы группы ФИАН по изучению фрагментации лития-6 в гелий-4 + дейтон нельзя рассматривать даже как указание на проявление в этом канале низших уровней возбуждения ядра лития -6. Это лежит за пределами возможностей фото метода. К сожалению, это так. Гипотеза независимого испускания фрагментов и в этом канале не отвергается, и, следовательно, этот канал ничем не отличается от других каналов фрагментации. Не ясно тогда, в чем же проявляется "когерентный" характер этого канала.

2.10.02 Ф. Г. Лепехин /home/lepekhin/html/be8ta.htm

Лепехин Ф. Г. 5 .12.05

You can Return to :