Nghiên cứu hiệu ứng cầu vồng và cơ chế chuyển alpha trong tán xạ ở năng lượng thấp và trung bình

PhƯn mđ đƯu‌

Kº tứ khi Rutherford khỏm phỏ ra cĐu trỳc nguyờn tỷ qua thớ nghiằm tỏn xÔ α lờn bia vàng vào năm 1911, tỏn xÔ hÔt nhõn-hÔt nhõn luụn là hượng nghiờn cựu quan trồng cơa vêt lý hÔt nhõn (VLHN) hiằn đÔi nhơm xỏc đành thụng tin cĐu trỳc, thá tương tỏc hÔt nhõn, tiát diằn phÊn ựng vv....Tỏn xÔ hÔt nhõn là quỏ trỡnh phực tÔp, trong đú cú nhiãu kờnh tỏn xÔ cú thº xÊy ra trong quỏ trỡnh va chÔm cơa hai hÔt nhõn và cỏc kờnh tỏn xÔ này Ênh hưđng lăn nhau. Mụ hỡnh đơn giÊn nhĐt mụ tÊ quỏ trỡnh tỏn xÔ là mău quang hồc (Optical Model, viát tưt là OM) mụ tÊ tỏn xÔ đàn hỗi thụng qua phương trỡnh đơn kờnh [1, 2]

E − K − U (R)χ(R) = 0, (1)

vỵi χ(R) là hàm súng mụ tÊ quỏ trỡnh tỏn xÔ, E và K lƯn lưủt là năng lưủng và toỏn tỷ đởng năng, U (R) là thá tương tỏc tÔi khoÊng cỏch R cơa hai hÔt nhõn. Thá này cú dÔng phực U = V + iW , trong đú thá thỹc V đ°c trưng cho tương tỏc hÔt nhõn-hÔt nhõn và thá Êo W đ°c trưng cho sỹ mĐt cướng đở dũng tứ kờnh đàn hỗi sang cỏc kờnh khụng đàn hỗi. Viằc mụ tÊ quỏ trỡnh tỏn xÔ đàn hỗi vợi thá tỏn xÔ cú dÔng phực cũng tương tỹ như viằc mụ tÊ ỏnh sỏng tỏn xÔ lờn quÊ cƯu hĐp thử vợi chiát suĐt phực. Do đú mụ hỡnh đơn kờnh này đưủc gồi là mău quang hồc và thá tương tỏc U đưủc gồi là thá quang hồc (Optical Potential, viát tưt là OP). Trong lý thuyát tỏn xÔ, viằc xỏc đành OP đúng vai trũ quan trồng giỳp chỳng ta thu đưủc nhiãu thụng tin vã thá tương tỏc hÔt nhõn.

Quỏ trỡnh tỏn xÔ hÔt nhõn cũng tương đỗng vợi súng ỏnh sỏng tỏn xÔ

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 152 trang tài liệu này.

lờn quÊ cƯu (ch¯ng hÔn giồt nược). Trong đú, xuĐt hiằn hiằu ựng cƯu vỗng hÔt nhõn tương tỹ như hiằu ựng cƯu vỗng khớ quyºn trong tỹ nhiờn. Đº minh hồa quỏ trỡnh hỡnh thành cƯu vỗng khớ quyºn, ỏnh sỏng đi vào giồt nược cú thº đưủc mụ tÊ thành quÿ đÔo cơa cỏc tia sỏng theo như Hỡnh 1 [3]. Xét

Hình 1: Cỏc đướng đi cơa tia sỏng đi vào giồt nược hỡnh cƯu đưủc đỏnh số tứ 1 đán 12 và rới khọi giồt nược sau quỏ trỡnh khỳc xÔ-phÊn xÔ-khỳc xÔ.

Hỡnh minh hồa đưủc lĐy tứ [3].

trướng hủp cỏc tia sỏng trÊi qua quỏ trỡnh khỳc xÔ, phÊn xÔ, khỳc xÔ và rới khọi giồt nược, ta cú thº thĐy sỹ thay đời gúc lằch cơa tia sỏng rới giồt nược (so vợi tia đán) phử thuởc vào khoÊng cỏch tứ tõm giồt nược đán cỏc tia sỏng (tớnh theo phương đán cơa cỏc tia sỏng). Hiằu ựng vêt lý thỳ và đ đõy là cú sỹ gia tăng cướng đở ỏnh sỏng xung quanh gúc lằch ựng vợi cỏc tia 7, 8, 9. CƯu vỗng khớ quyºn là hiằn tưủng mà ta quan sỏt ỏnh sỏng đưủc tăng cướng đ gúc lằch này. Hỡnh 1 là mụ hỡnh đơn giÊn mụ tÊ đướng đi cơa cỏc tia sỏng, nú khụng mụ tÊ đưủc bÊn chĐt súng cơa ỏnh sỏng. Vào thá k¿ 19, S. George Airy đó sỷ dửng khỏi niằm m°t súng ỏnh sỏng cơa Huygens thay vỡ cỏc tia sỏng quang hồc như đ Hỡnh 1. Airy đó chựng minh cú sỹ tỹ giao thoa cơa

Hình 2: Đỗ thà cơa tớch phõn Airy Ai(x) vỵi x t lằ vợi Θ − ΘR, x = 0 tương

ùng vỵi Θ = ΘR, trong đó Θ là gúc lằch cơa tia sỏng ra khọi giồt nược so vợi tia tợi, ΘR là gúc lằch cỹc đÔi. Hỡnh minh hồa đưủc lĐy tứ [2].

cỏc m°t súng khi nú trÊi qua quỏ trỡnh khỳc xÔ và phÊn xÔ trong giồt mưa. Cướng đở ỏnh sỏng ra khọi giồt nược đưủc mụ bơng hàm Ai(x) cú đỗ thà như đ Hỡnh 2. Kát quÊ cơa quỏ trỡnh giao thoa bao gỗm cỏc cỹc đÔi (đưủc gồi là cỹc đÔi Airy) và cỹc tiºu (đưủc gồi là cỹc tiºu Airy) cơa hàm Ai(x). Trong đú, cƯu vỗng chớnh là cỹc đÔi Airy thự nhĐt, phớa trược cỹc đÔi Airy chớnh là cỹc tiºu Airy chớnh kớ hiằu A1. Cỏc cỹc đÔi Airy thự hai và thự ba lƯn lưủt là cƯu vỗng thự cĐp thự nhĐt và thự hai..., tương ựng ta cũng cú cỏc cỹc tiºu thự cĐp A2, A3...

Khụng như trướng hủp cƯu vỗng khớ quyºn đưủc đ°c trưng bđi quỏ trỡnh khỳc xÔ cú chiát suĐt và bược súng khụng đời vợi cỏc ỏnh sỏng đơn sưc, đối vợi tỏn xÔ hÔt nhõn-hÔt nhõn , bược súng và chiát suĐt phử thuởc vào thá tương tỏc và năng lưủng E cơa hằ tỏn xÔ. Sỹ phử thuởc này thay đời theo khoÊng cỏch đán tõm tỏn xÔ R như đ biºu thùc sau [4]

λB (R) = h/q2µE − UT (R), n(R) = q1 − UT (R)/E, (2)

vỵi UT (R) là tờng cơa thá hÔt nhõn V (R), thá Coulomb VC (R) và thá li tõm,

h và µ lƯn lưủt là hơng số Planck và khối lưủng rỳt gồn. Dăn đán cơ chá khỳc

xÔ trong tỏn xÔ hÔt nhõn rĐt phực tÔp. Vợi cỏc súng riờng phƯn đi sõu vào tõm tỏn xÔ, chỳng chàu Ênh hưđng mÔnh bđi lỹc hÔt nhõn nờn cỏc súng này bà khỳc xÔ vợi gúc lằch lợn. Do đú cỏc đ°c trưng cơa cỏc súng này đưủc biºu hiằn trờn tiát diằn tỏn xÔ đàn hỗi đ gúc lợn và mang thụng tin quan trồng cơa OP đ sõu bờn trong hÔt nhõn. Trong khi đú đối vợi cỏc súng riờng phƯn đ xa tõm tỏn xÔ, chỳng ch¿ chàu Ênh hưđng yáu bđi lỹc Coulomb và hÔt nhõn nờn cỏc súng này bà khỳc xÔ vợi gúc lằch nhọ. Cỏc súng này đưủc biºu hiằn trờn tiát diằn tỏn xÔ đàn hỗi đ gúc nhọ và ch¿ mang thụng tin tương tỏc hÔt nhõn đ bã m°t. Quỏ trỡnh khỳc xÔ đưủc minh hồa đ Hỡnh 3.

Hình 3: Hỡnh bờn trỏi: Quÿ đÔo cơa súng riờng phƯn bà khỳc xÔ bđi lỹc hỳt hÔt nhõn và lỹc đây Coulomb. Hỡnh bờn phÊi: Gúc lằch (gúc khỳc xÔ) Θ cơa cỏc súng riờng phƯn tương ựng. Hỡnh minh hồa đưủc lĐy tứ [5].

Đối vợi trướng hủp tỏn xÔ hÔt nhõn-hÔt nhõn, thụng thướng súng tỏn xÔ đàn hỗi khi đi sõu vào tõm tỏn xÔ hƯu hát bà hĐp thử sang cỏc kờnh khụng đàn hỗi. Đ°c trưng cơa cỏc hằ tỏn xÔ này là cú phƯn Êo cơa OP sõu. Hỡnh 4 minh hồa cho trướng hủp tỏn xÔ đàn hỗi 16O+28Si tÔi Elab= 142.5 MeV vợi OP cú dÔng Woods-Saxon (WS) [6] và phƯn Êo cơa OP sõu, cỏc súng riờng phƯn đi sõu vào tõm tỏn xÔ hƯu hát bà hĐp thử nờn tiát diằn tỏn xÔ đàn hỗi đ gúc lợn rĐt nhọ. Điãu này cú thº thĐy đ Hỡnh 4, tiát diằn tỏn xÔ đàn hỗi giÊm rĐt nhanh khi gúc tỏn xÔ θ tăng. Trướng hủp này, cỏc súng tỏn xÔ đàn hỗi “sèng sót ” chơ yáu là cỏc súng đ bã m°t và tiát diằn tỏn xÔ đàn hỗi têp

trung chơ yáu đ gúc nhọ, dỳ liằu tiát diằn tỏn xÔ đàn hỗi ch¿ mang thụng tin OP đ bã m°t.

16O+28Si, E =142.5 MeV

lab

Exp.

100

10-1

10-2

d /d

10-3

10-4

10-5

10-6

0 10 20 30 40 50 60 70 80

C.M.

Hình 4: Mụ tÊ tiát diằn tỏn xÔ đàn hỗi 16O+28Si tÔi Elab = 142.5 MeV. Đướng liãn nột là kát quÊ tớnh toỏn lÔi cơa NCS theo OM. Dỳ liằu thỹc nghiằm và OP dượi dÔng WS đưủc lĐy tứ [6].

Tuy nhiờn, trong mởt số trướng hủp tỏn xÔ cơa cỏc hằ ion nhà, như α, 12C, 16O. . . vv, đõy là nhỳng hÔt nhõn bãn ch°t, ớt bà hĐp thử sang cỏc kờnh khụng đàn hỗi hơn và đưủc đ°c trưng bđi thá Êo nụng. Khi đú, cỏc súng tỏn xÔ cú thº sống sút náu đi sõu vào bờn trong tõm tỏn xÔ. Đ cỏc điãu kiằn phự hủp, cỏc súng khỳc xÔ đ bờn trong này cú thº giao thoa tÔo thành hiằu ựng cƯu vỗng hÔt nhõn. Đ°c trưng cơa hiằu ựng cƯu vỗng hÔt nhõn là tiát diằn tỏn xÔ đàn hỗi tăng đỏng kº đ gúc lợn. CĐu trỳc giao thoa cơa cỏc súng riờng phƯn này gỗm cỏc cỹc tiºu Airy và cỹc đÔi Airy (hay cũn đưủc gồi là cỏc vai cƯu vỗng). Vớ dử Hỡnh 5 mụ tÊ trướng hủp điºn hỡnh cƯu vỗng hÔt nhõn trờn tỏn xÔ đàn hỗi 16O−12C tÔi Elab=200 MeV [7] vợi cĐu trỳc cƯu vỗng gỗm cỹc tiºu chớnh A1 và cỹc tiºu thự cĐp A2 (xem Hỡnh 5). Đở rởng cơa vai cƯu vỗng ựng vợi cỹc tiºu chớnh A1 trong khoÊng tứ 64◦ đán 120◦ và cỹc tiºu thự cĐp A2 trong khoÊng tứ 44◦ đán 64◦. Trướng hủp này dỳ liằu tỏn xÔ đàn hỗi nhÔy vợi OP đ sõu bờn trong cũng như đ bã m°t hÔt nhõn. Nhớ đú mà ta cú

thº xỏc đành đưủc OP vợi ớt đở bĐt đành nhĐt và nú mang thụng tin cơa OP đ cÊ bã m°t và sõu bờn trong hÔt nhõn.

16O+12C, E =200 MeV

lab

Exp.

100

10-1

10-2

d /d

10-3

10-4

10-5

10-6

0 20 40 60 80 100 120 140

C.M.

Hình 5: Hiằu ựng cƯu vỗng hÔt nhõn trong tỏn xÔ đàn hỗi 16O−12C tÔi

Elab = 200MeV [7], đướng liãn nột là kát quÊ tớnh toỏn lÔi cơa NCS dỹa trờn OM vợi OP cú dÔng hiằn tưủng luên WS đưủc lĐy tứ [7].

Cú hai nhúm tỏn xÔ chớnh cú thº quan sỏt hiằn hiằu ựng cƯu vỗng hÔt nhõn là tỏn xÔ đàn hỗi trờn cỏc hằ α-hÔt nhõn như α+90Zr, α+58Ni, α+40Ca. . . [8, 9] và cỏc hằ ion nhà như 12C−12C ,16O−16O , 16O−12C . . . .

Trong luên ỏn này, chỳng tụi têp trung vào hiằu ựng cƯu vỗng hÔt nhõn trờn hằ tỏn xÔ ion nhà 12C−12C , 16O−12C . Trong số lưủng lợn thỹc nghiằm vã tỏn xÔ đàn hỗi cỏc ion nhà, 12C−12C cú l³ là hằ đưủc nghiờn cựu nhiãu nhĐt vợi số liằu tỏn xÔ đưủc đo tứ ngưùng Coulomb đán năng lưủng 200 MeV/nucleon. Hằ này cũng như hằ 16O−12C khụng nhỳng quan trồng trong nghiờn cựu cƯu vỗng hÔt nhõn mà cũn trong nghiờn cựu phÊn ựng tờng hủp xÊy ra trong quỏ trỡnh tián húa cỏc sao trong vũ trử. Trong vựng năng lưủng mà tiát diằn tỏn xÔ đàn hỗi nhÔy vợi OP sõu bờn trong tương ựng đ khoÊng cỏch ngưn, cỏc dỳ liằu thỹc nghiằm tỏn xÔ đàn hỗi đó đưủc đo đ cỏc năng lưủng khỏc nhau trờn dÊi gúc rởng cho phộp xỏc đành rừ thá tương tỏc đán sõu bờn trong tõm tỏn xÔ. Điºn hỡnh, vào năm 1976, Stokstad và đỗng nghiằp đó thỹc hiằn đo

tỏn xÔ đàn hỗi 12C−12C đ 14 năng lưđng vỵi Elab tứ 71 đán 127 MeV tÔi phũng thớ nghiằm quốc gia Oak Ridge, Mÿ [10]. Sau đú, cỏc năng lưủng cao hơn tÔi 139.5 và 158.8 MeV đưủc thỹc hiằn tÔi đÔi hồc Osaka, Nhêt BÊn vào năm 1983 [11]. Năng lưđng Elab =240 MeV đưủc đo đ hai phũng thớ nghiằm, tÔi viằn Hahn-Meitner, Đực vào năm 1985 [12] và tÔi viằn Kurchatov, Nga vào năm 2010 [13]. Cỏc năng lưủng tứ 70 đán 288.6 MeV đưủc đo tÔi phũng thớ nghiằm Lawrence Berkeley, Mÿ vào năm 1981 [14] và năng lưủng 360, 1016 MeV tÔi viằn khoa hồc hÔt nhõn ISN Grenoble, Phỏp vào năm 1984 [15]. Trong đú, đỏng chỳ ý là trướng hủp tÔi 240 MeV [12, 13], dỳ liằu thỹc nghiằm cho thĐy rừ hiằu ựng cƯu vỗng hÔt nhõn vợi và trớ cỹc tiºu Airy A1 khoÊng 41◦ và vai cƯu vỗng rởng tứ 41◦ đán gƯn 80◦. Bờn cÔnh hằ 12C−12C, hằ tỏn xÔ 16O−12C cũng đưủc quan tõm và nhiãu thớ nghiằm đó đưủc thỹc hiằn. Cuối nhỳng năm thêp niờn 90, nhúm thỹc nghiằm tÔi viằn Kurchatov đó thỹc hiằn thớ nghiằm đo tỏn xÔ đàn hỗi 16O−12C trong khoÊng năng lưủng xuĐt hiằn cƯu vỗng hÔt nhõn tứ Elab =132 đán 330 MeV trung tõm gia tốc ion n°ng thuởc viằn Kurchatov, Nga và đÔi hồc Jyvaskyl, PhƯn Lan [7, 16–18], đÔi hồc Texas AM, Mÿ [19]. Vào năm 2001, Nicoli và cởng sỹ tián hành đo đ năng lưủng thĐp hơn tứ Elab =62 đán 124 MeV tÔi mỏy gia tốc Strasbourg Tandem Vivitron [20], Phỏp. Cỏc phõn tớch dỳ liằu thỹc nghiằm cho thĐy hiằu ựng cƯu vỗng hÔt nhõn đưủc quan sỏt rừ trờn tiát diằn đàn hỗi đ nhỳng năng lưủng tứ 132 đán 330 MeV. Đỏng chỳ ý là trướng hủp tÔi Elab =200 MeV như đã đưđc trình bày đ Hình 5.

Như đó đã cêp đ trờn, ngoài bực tranh thỳ và tương đỗng giỳa cƯu vỗng hÔt nhõn và cƯu vỗng khớ quyºn, cƯu vỗng hÔt nhõn giỳp chỳng ta xỏc đành OP cơa hÔt nhõn-hÔt nhõn . Thụng thướng vợi hằ tỏn xÔ ion n°ng đ°c trưng bđi thá Êo sõu và tiát diằn đ gúc lợn rĐt nhọ (xem Hỡnh 4). Khi đú cú nhiãu hồ OP khỏc nhau cú thº cựng mụ tÊ mởt dỳ liằu tỏn xÔ đàn hỗi, điãu này dăn đán sỹ bĐt đành trong viằc xỏc đành OP. Đối vợi hằ tỏn xÔ cú dỳ liằu tỏn xÔ đàn hỗi xuĐt hiằn hiằu ựng cƯu vỗng hÔt nhõn, ch¿ cú mởt hồ thá duy nhĐt cú thº mụ tÊ dỳ liằu tỏn xÔ. Tứ đú giỳp chỳng ta xỏc đành OP vợi ớt bĐt đành nhĐt. Đ°c điºm này là cơ sđ cho viằc kiºm tra tớnh chớnh xỏc cơa cỏc mụ hỡnh lý thuyát tớnh toỏn OP. Viằc xỏc đành OP đúng

vai trũ quan trồng trong lý thuyát phÊn ựng hÔt nhõn. Vỡ OP là thụng số đƯu vào quan trồng trong cỏc mụ hỡnh tớnh toỏn cỏc phÊn ựng khỏc nhau như phương phỏp xĐp x¿ súng mộo (Distorted Wave Born Approximation, viát tưt là DWBA), liờn kờnh (Coupled-channel, viát tưt là CC), liờn kờnh phÊn ựng (Coupled Channel Reaction, viát tưt là CRC).

Trong luên ỏn này, chỳng tụi tiáp cên xõy dỹng tớnh toỏn OP hÔt nhõn-hÔt nhõn theo hượng bỏn vi mụ dỹa trờn mău folding kộp. Cỏc tham số đƯu vào cho tớnh toỏn OP dỹa trờn hàm súng cơa cỏc nucleon đ hÔt nhõn đán và hÔt nhõn bia và tương tỏc nucleon-nucleon (NN) hiằu dửng. Điºm mợi trong nghiờn cựu này là chỳng tụi sỷ dửng phiờn bÊn tương tỏc NN hiằu dửng cú tớnh đán số hÔng tỏi ch¿nh hủp (Rearrangement Term, đưủc viát tưt là RT) [21] đưủc xõy dỹng bđi nhúm lý thuyát thuởc trung tõm Vêt lý HÔt nhõn trong nhỳng năm gƯn đõy. Số hÔng này xuĐt hiằn khi thá đơn hÔt nucleon đưủc xỏc đành thụng qua đành lý Hugenholtz van Hove(HvH)

[22] trong mụi trướng chĐt hÔt nhõn. Đõy là lƯn đƯu tiờn chỳng tụi khÊo sỏt

Ênh hưđng cơa số hÔng này trờn thá OP hÔt nhõn-hÔt nhõn . Đº kiºm tra tớnh chớnh xỏc cơa OP cũng như Ênh hưđng cơa số hÔng RT, chỳng tụi ỏp dửng OP này vào phõn tớch cƯu vỗng hÔt nhõn trờn tỏn xÔ đàn hỗi cơa cỏc hằ 12C−12C, 16O−12C trong khoÊng năng lưủng tứ 140 đán 600 MeV. Cỏc kát quÊ phõn tớch cho thĐy OP thu đưủc tứ mău folding kộp sỷ dửng tương tỏc NN hiằu dửng cú tớnh đán số hÔng RT rĐt gƯn vợi thá thỹc mụ tÊ cƯu vỗng hÔt nhõn. Kát quÊ này là tiãn đã cho viằc ỏp dửng cho mău folding kộp trong nghiờn cựu tỏn xÔ hÔt nhõn-hÔt nhõn. Nghiờn cựu này đó đưủc cụng bố trờn tÔp chớ quốc tá Physcal Review C [CT1].

Bờn cÔnh hiằu ựng cƯu vỗng hÔt nhõn đưủc quan sỏt đ tỏn xÔ đàn hỗi, ngưới ta cũng mong đủi quan sỏt hiằu ựng này đ tỏn xÔ phi đàn hỗi. Thỹc tá, mởt vài đ°c trưng cƯu vỗng hÔt nhõn đó đưủc quan sỏt đ tỏn xÔ phi đàn hỗi trờn cỏc hằ α+90Zr, α+40Ca, 12C−12C , 16O−12C ... [23–33]. M°c dự cỏc nghiờn cựu này ch¿ ra ưu thá cơa súng khỳc xÔ đ gúc lợn, cĐu trỳc cƯu vỗng hÔt nhõn cơa tỏn xÔ phi đàn hỗi văn khụng quan sỏt rừ như tỏn xÔ đàn hỗi. Đº minh hồa cho vĐn đã này, chỳng tụi so sỏnh số liằu tiát diằn tỏn xÔ đàn