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放射性核束物理是基于实验的物理学科,不稳定核的结构信息大部分来自核反应实验,对反应机制的理解的准确性直接影响物理结果。因此我们在提取准确的结构信息之前,有必要清楚的理解实验中的反应机制,以便获得可靠的物理信息。弹性和非弹性散射、库仑激发、碎裂反应、敲出反应、转移反应等主要反应机制是研究奇特原子核性质的有效途径,尤其是敲出反应已经成为研究非稳定核单粒子性质和奇特核集团结构的主要工具。由于机制相对简单、对核的表面敏感、理论处理比较成熟等原因,中高能区的破碎和敲出反应在非稳定核的晕结构、壳移动等奇特性质研究中发挥了独到作用。
然而,我们并没有完全清晰的理解敲出反应的机制。最近“靶效应”出现在7He的共振态研究,并引起了物理学家的争议。到底是靶效应带来的影响还是其他未知机制带来的影响,这里并不明确。此外,相比转移反应,敲出反应中的谱因子大幅减小,可能也是因为反应机制中的某种未理解的过程带来的。
以双中子晕核为例,理论上敲出反应中可能包括几种不同的反应过程:a,突然破裂。b,价中子敲出,剩余部分突然破裂。c,价中子敲出伴随剩余部分的共振衰变(末态相互作用)。d,核心碎片敲出伴随着双中子的衰变。经过研究发现,a,b过程对晕核来说可以忽略。但从试验上区分过程c和d是有必要的,这两种机制能否区分会影响提取原子核的结构信息。
本论文分别介绍了61.2 MeV/nucleon和82.3MeV/nucleon的6He在C靶和CH2靶上的敲出反应。之所以选择6He原子核作为研究对象,是因为它是最轻的双中子晕核,又被称作“borromean”核,最近20年在理论和实验上均得到大量关注,它的机构相对比较清晰,通常认为它是α核心加上两个处于0p3/2态中子构成的,这两个价中子在核心α的两侧时形成“cigar-like(雪茄)”型结构,或者处于核心的同侧,形成“di-neutron(双中子)”构型。由于它的结构简单并且经历过很多的研究,因此,对于研究反应机制6He可以提供很好的范例。选择不同的靶实验,可以分析得到靶效应和不同靶带来的机制差别。
本实验对于原子核的敲出反应实验具有重要的意义。首先证明了80~100MeV/u能量附近可以实现核心碎片准自由敲出反应(这是过去十几年通过敲出反应研究非稳定奇特核结构的主要能区),并非需要高达几百MeV能量的束流来实现;实验依靠反冲质子和出射的核心碎片的符合测量,利用质子和4He的角度θ、φ角的关联区分出价中子敲出和核心敲出两种机制。发现C靶和CH2靶的结果有差别,在质子和核心均在相对大角度的区域,CH2靶的事件明显多于C靶的事件,并且这部分事件符合准自由散射的动力学机制,可以作为纯H靶实验区域。此外论文利用选择中子敲出机制后的事件重建了5He的不变质量谱,发现机制的选择会对谱形结果产生影响,因此有必要进行机制区分。在使用更为严格的用质子敲出做标记事件的条件下,不变质量谱的拟合的约化宽度更小,结果更准确。这些对奇特核的敲出反应研究有重要意义,为以后的敲出反应实验提取准确有效的信息提供了更为可靠的方法。