Rozkład wysokości barier kulombowskich

Lista ostatnich artykułów :

E. Piasecki et al, Phys. Rev. C 100 (1) (2019) 014616
D. Wójcik et al., Acta Phys. Pol. B 49 (2018), pp. 387-392
A.Trzcińska et al., Acta Phys. Pol. B 49 (2018), pp. 393-397
A.Trzcińska et al., Phys. Rev. C 93 (2016) 054604
A.Trzcińska et al., Phys. Rev. C 92 (2015) 034619
A.Trzcińska et al., Acta Phys. Pol. B 45 (2014) pp. 383-390
E. Piasecki et al, Phys. Rev. C 85 (2012) 054608
E. Piasecki et al, Phys. Rev. C 85 (2012) 054604
A.Trzcińska et al., EPJ Web Conf. 17 (2011) 05006
E. Piasecki et al, Phys. Rev. C 80 (2009) 054613
E.Piasecki et al., Intl. Journ. Mod. Phys. 16 (2007) 502.
E. Piasecki et al., Phys. Lett. B 615 (2005) 55.
L. Swiderski et al., Int. Journ of Mod. Phys. E13 (2004) 315.
E. Piasecki et al., Acta Phys. Pol. B 33 (2002) 397.
E. Piasecki et al., Phys. Rev. C 65 (2002) 054611.

Kontakt: E. Piasecki, piasecki@fuw.edu.pl

Fuzja jest procesem połączenia dwóch jąder w jedno. Wymaga ona przeniknięcia jąder tarczy i pocisku przez barierę kulombowską, która powstaje w wyniku konkurencji pomiędzy długozasięgową odpychającą siłą kulombowską i krótkozasięgową przyciągającą siłą jądrową. Potencjał całkowity oddziaływania jest, w najprostszym przybliżeniu, sumą potencjałów kulombowskiego i jądrowego i jego wartość maksymalna nazywana jest wysokością bariery

Kiedy oba jądra (tacza i pocisk) są sferyczne, klasycznie rzecz biorąc między nimi jest tylko jedna bariera, o wysokości pokazanej na rysunku niebieską strzałką, jednakże efekty kwantowe powodują jej rozmycie i w rezultacie otrzymujemy rozkład wysokości barier o szerokości 2-3 MeV.

Jeśli przynajmniej jedno z jąder jest zdeformowane (patrz rys. poniżej), wysokość bariery zależy od względnej orientacji pocisku i tarczy. W rzeczywistości musimy uśrednić po wszystkich ich wzajemnych orientacjach, co – klasycznie rzecz biorąc – prowadzi do rozkładu wysokości barier na fuzję. W języku mechaniki kwantowej, ten rozkład jest generowany przez sprzężenia (wzajemne oddziaływania) wielu możliwych kanałów reakcji.

Jak wyznaczyć rozkład doświadczalnie?

Istnieją dwie metody: jedna używa danych dotyczących fuzji, druga (używana dotąd w ŚLCJ) wykorzystuje dane z quasi-elastycznego rozproszenia wstecznego oraz rozproszenia Rutherforda (w kąty przednie). Jako rozproszenie quasielastyczne rozumiemy sumę rozproszenia elastycznego, nieelastycznego i procesów transferu. Rozkład wysokości barier dany jest przez wzór:

gdzie σ_qe jest przekrojem czynnym na rozproszenie quasi-elastyczne a σ_R na rozproszenie Rutherfordowskie.

Przy użyciu tej metody określiliśmy rozkłady wysokości barier dla oddziaływania ^20,22Ne z wieloma tarczami. Do międzynarodowej grupy Bariery wchodzą fizycy z Uniwersytetu Warszawskiego (SLCJ i Instytutu Fizyki Doświadczalnej), Uniwersytetu w Białymstoku, IPHC w Strasburgu, Tohoku University (Japonia), Universytetu w Jyväskylä (Finlandia), INFN (Katania) i Technische Hochshule (Darmstadt). Eksperymenty wykonywane były dotąd głównie przy użyciu Cyklotronu Warszawskiego U200P. Układ detektorów umieszczono w komorze rozproszeń CUDAC. Układ doświadczalny jest niezwykle prosty. Dla rejestracji rozproszenia wstecznego użyto trzydziestu detektorów półprzewodnikowych ustawionych pod kątami od 130^o do 150^o, natomiast 2 detektory umieszczone pod kątem 35^o mierzą rozproszenie rutherfordowskie oraz energię wiązki. Dodatkowo używaliśmy do 4 teleskopów E-ΔE dla pomiaru transferu cząstek naładowanych.

Komora rozproszeń CUDAC.

Nasze zagadkowe wyniki

Nasze wyniki doświadczalne dla systemu ²⁰Ne + ^natNi zostały porównane z obliczeniami wykonanymi metodą kanałów sprzężonych. Rozkład doświadczalny (czerwone punkty na rysunku poniżej) zgadza się dobrze z obliczonym. Obliczenia wskazują na wyraźną strukturę w rozkładzie (niebieska linia, parametry obliczeń zostały wzięte z innych źródeł, doświadczalna zdolność rozdzielcza została uwzględniona). Linia przerywana ilustruje wyniki obliczeń bez uwzględnienia sprzężeń miedzy różnymi kanałami reakcji.

Z drugiej strony żadne dobieranie parametrów obliczeń nie pozwala na odtworzenie rozkładu zmierzonego dla ²⁰Ne + ¹¹⁸Sn, który – w odróżnieniu od wyników teoretycznych – nie ma struktury

Podejrzewając, że wygładzanie rozkładu może być spowodowane przez (nieuwzględniany w obliczeniach) silny transfer cząstek α z pocisku ²⁰Ne do tarczy ¹¹⁸Sn, wykonaliśmy pomiary z wiązka ²²Ne (dla której spodziewaliśmy się o wiele słabszego transferu), jednakże i w tym przypadku rozkład doświadczalny nie posiada żadnej struktury (patrz rys. poniżej). Doświadczalnie sprawdziliśmy, że transfer cząstek α oraz proces break-upu są w tym przypadku rzeczywiście słabe, tak więc te kanały reakcji nie mogą być przyczyną wygładzania rozkładu.

W tej sytuacji zaczęliśmy podejrzewać, że wygładzanie rozkładu wysokości barier, zamazujące spodziewaną strukturę, może być spowodowane transferem neutronów pomiędzy tarczą i pociskiem. Wykonaliśmy wiec pomiary rozkładów dla ²⁰Ne oddzialywującego z tarczami ⁹⁰Zr i ⁹²Zr, spodziewając się, że w pierwszym przypadku (dzięki małemu prawdopodobieństwu transferu) struktura będzie zachowana, natomiast w drugim przypadku będzie zatarta. Jak się wydaje (patrz rys. poniżej) te oczekiwania są potwierdzone doświadczalnie, jednakże planujemy powtórzenie tych eksperymentów.

Zmierzyliśmy również (w JYFL) rozkład barier dla ²⁰Ne+²⁰⁸Pb używając jednocześnie obu metod: przez pomiar fuzji i rozproszenia quasielastycznego, aby sprawdzić, czy dają one te same wyniki. Uzyskaliśmy odpowiedź pozytywną, w obu jednakże przypadkach wyniki doświadczalne okazały się uderzająco różnić od teoretycznych (patrz rys. poniżej, w którym zebraliśmy nasze wyniki dotyczące oddziaływania ²⁰Ne z wieloma jądrami).

Tak więc, aktualną sytuację możemy podsumować następująco: dla niektórych systemów obserwujemy dobrą zgodność pomiędzy wynikami doświadczalnymi i teoretycznymi, jednakże dla innych otrzymujemy wyraźne rozbieżności. Przyczyna tych rozbieżności pozostaje zagadką, nad której rozwiązaniem pracujemy.