Analyzing Power Measurement

for Elastic Scattering of 6He

on Polarized Protons

2006/10/3, SPIN2006

Satoshi SakaguchiCenter for Nuclear Study, Univ. of Tokyo

Collaborators

CNS, Univ. of Tokyo

　 T. Uesaka, T. Kawabata, K. Suda,

　 Y. Maeda, Y. Sasamoto

Univ. of Tokyo

　 H. Sakai, K. Yako, H. Kuboki,

　 M. Sasano, Y. Takahashi,

　 H. Iwasaki, Y. Ichikawa,

　 D. Suzuki, T. Nakao

Toho Univ.　 T. Kawahara

Saitama Univ.　 K. Itoh

RIKEN

　 K. Sekiguchi, N. Aoi,

　 M. Yamaguchi, N. Sakamoto

Tokyo Institute of Technology

　 Y. Satou, Y. Hashimoto,

　 M. Shinohara

CYRIC, Tohoku Univ.

　 T. Wakui, H. Okamura, M. Itoh,

　 R. Matsuo, M. Ichikawa

RCNP, Osaka Univ.

　 A. Tamii

Study of Unstable Nuclei with p

Polarized light ionsDirect reactions → Nuclear structure

(ex) J assignment Reaction mechanism

(ex) Spin-dependent int.

Unstable nuclei Neutron skin/halo

Disappearance of magicity Spin-dependent int.

Matter of great interest !

⇔No study via spin polarization

Polarized proton target Specialized to RI-beam exp.

→ Study of unstable nuclei

with polarized protons

Talk by T. Uesakaon Friday

4Hecore

2n skin

proton

Spin-orbit Potential in Skin Nuclei

Spin-orbit potential Localized on nuclear surface

Neutron skin nuclei ： Different surface of proton/neutron

→ How does spin-orbit potential behave

in neutron skin nuclei ?

Analyzing power measurement for p+6He 6He: Typical neutron skin nucleus Analyzing power → Spin-orbit potential

→

Experiment

Facility, Beam RIKEN, RIPS

6He beam (71 MeV/u)

・ Intensity : 250 kcps

・ x ： 10 mm ： 20 mrad

Target Solid polarized proton target

14mm 1mmt 　 (4.3×1021/cm2)

Average polarization ： 13.8%

Detector Forward: Scattered 6He Backward: Recoil proton

→ Scattering angle, E, E

Experimental data

Differential cross section Analyzing power Compared with neighboring

stable nuclei (6Li, 4He) 6He ~ 6Li → similar radii

Interesting behavior much different from stable nuclei

Microscopic Calculation

Differential cross section Analyzing power G-matrix folding with

density distribution

(ex) Melbourne g-matrix

Cannot reproduce the data

→ Reaction mechanisms in

weakly bound systems …?

Phen. Optical Model Analysis

Phenomenological optical potential Woods-Saxon type ： depth, radius, diffuseness

Central, Volume absorption, Spin-orbit terms

(Coulomb, Surface absorption terms ： fixed ）

Spin-orbit potential

Phen. Optical Model Analysis

Analyzing procedure Code: ECIS79 Initial parameter ： 6Li pot. 　 R. Henneck et al., Nucl. Phys. A571, 541 (19

94)

1. Ay → Modification of spin-orbit term

2. d/d → Modification of central / volume abs. terms

repeated

Phen. Optical Model Analysis

Results

Depth (MeV)

Radius (fm)

Diffus.(fm)

Central 24.6 1.21 0.74

Volume abs. 7.9 1.26 0.58

Spin-orbit 2.3 1.44 0.88

rls, als ： Larger than other terms

→ Spin-orbit potential ： widely extended to the outside

2 contour map of Ay fitting

Phen. Optical Model Analysis

Comparison with global OP

2/|min = 17.1 / 7 = 2.4

Typical parameters of global OP

rls ～ 1.1 fm, als ～ 0.6 fm

Widely extended spin-orbit pot.

is essential to reproduce the data.

→ Effects of neutron skin ?

　 Contribution of break-up ?

CH89

Koning

BG

Depth (MeV)

Radius (fm)

Diffus.(fm)

Spin-orbit 2.3 1.44 0.88

2=17.1

2=10

2=100

2=1

Summary

Spin-orbit potential in neutron skin nucleiAnalyzing power measurement for p+6He @71MeV/u

Comparison with microscopic calculationAnalyzing power data cannot be reproduced

Phenomenological optical model analysisDetermination of spin-orbit potential→ Large radius/diffuseness parameters

rls, als ~ 1.44, 0.88 fm ⇔ 1.1, 0.6 fm (Global OP)

Future outlookAnalyzing power measurement for p+8He @71MeV/u

back up

Data Analysis

Particle ID 6He: E-E corr. p: -E corr.

Channel ID Kinematical consistency

方位角 ()の差 < 12°天頂角 () 相関

Comparison with stable nuclei・ Global optical potential

・ 6Li , 4He

Shallow and extended shape

（ 6He skin structure? ）

Phen. Optical Analysis

Spin-orbit potnetial parameters

　 Depth ： 2.70 MeV

　 Radius ： 1.21 fm

　 Diffuseness ： 1.06 fm

Vls rls als

6He 2.3 1.44 0.884He 3.92 0.86 0.496Li 3.36 0.90 0.94

Microscopic Calculation

D. Gupta et al. Nucl. Phys. A 674 (2000) 77.

K. Amos et al. private communication

S. P. Weppner et al.Phys. Rev. C 61 (2000) 044601.

g 行列理論 p-p, p-n 有効相互作用（ g 行列）を

密度分布で畳み込み どのモデルも同様の結果を予言

Microscopic Calculation

安定核（ A=7-64 ）－陽子散乱 微視的理論の有効性

自由パラメータなしで良く再現

K.Amos et al., Adv. Nucl. Phys. 25

d/d Ay

微視的理論： 最近の進展 +2n 畳み込み模型

-p, n-p 有効相互作用を密度分布で畳み込み ココと 2n スキンの寄与を分けて考える (⇔p-p, n-p: g 行列理論 )

スピン軌道ポテンシャル： 半径やぼやけの形状は再現され

ず

偏極分解能： 位相が再現されず

S-matrix S-matrix

前後半の測定 前後半の測定

consistent な結果を得た

p+8He 弾性散乱　偏極分解能測定 p+8He 弾性散乱

コア質量＝弱束縛中性子質量 6He より強く束縛された中性子

p+ 4He (@PSI), 6He, 8He (@RIKEN)

の同位体同士の比較 →

　過剰中性子（ハロー構造）が　反応機構（陽子弾性散乱）に　与える影響を明らかに

R. Crespo et al.Phys. Rev. C 51 (1995) 3283.

d/d

Ay

スピン軌道分離の中性子数依存性

安定核の領域（錫同位体）：スピン軌道分離の中性子数依存性→ さらに中性子が増えると？

単一粒子状態の J 決定 不安定核における

殻構造の変化

殻構造の形成に本質的役割を果たすスピン軌道分離→ 不安定核では変化している？

J. P. Schiffer et al.Phys. Rev. Lett. 92 (2004) 162501.

単一粒子状態の J 決定 (p,2p) 反応による単一空孔状態の生成

132Sn (Z=50, N=82) → 二重閉殻を形成陽子ノックアウトにより、単一空孔状態を生成

各準位の束縛エネルギー・ J 決定 質量欠損法 → 束縛エネルギー Esp

散乱の角分布 → 軌道角運動量 l 有効偏極 → 全角運動量 j

スピン軌道分離の変化は殻構造の変化を説明するか？

CNS 偏極陽子固体標的 RI ビーム実験用偏極標的

実験要請： 固体・高温・低磁場

→ 従来の標的（ <1K ・ 2.5T ）は

使用できない

CNS 偏極陽子固体標的

CNS 偏極陽子固体標的 試料

偏極原理芳香族分子の励起三重項間の電子占有数の偏り

特長高温 (100 K) ・低磁場 ( < 0.1 T)

→ RI ビーム実験に適用可能な 世界で唯一の偏極陽子標的

ナフタレン

ペンタセン

(0.005 mol %)

T. Wakui et al. Nucl. Instr. Meth. A 550 (2005) 521.

CNS 偏極陽子固体標的： 最近の進展 偏極度測定

p+4He 弾性散乱偏極分解能 Ay ： 既知

左右散乱非対称： 測定

→ 偏極度 Py を導出

平均偏極度 ： 13.8 ± 3.9 %

最高偏極度 ： 20.4 ± 5.8 %

偏極度を初めて決定→ 　偏極物理量の絶対値決定

偏極反転 偏極物理量の導出のため、

偏極方向を反転させて測定を行う必要

180 ゜パルス NMR 法固体偏極標的に初めて導入

結果反転時間 2.2 s

劇的な短縮（⇔従来 10h ）測定時間のロスを解消

反転

偏極方法 1. 電子偏極 2. 偏極移行

偏極陽子固体標的偏極方法

光励起された芳香族分子の三重項状態における自発的偏極

温度・磁場に非依存

Pe =N(0) - N(-1)N(0) +N(-1)

=73%

偏極方法 1. 電子偏極 2. 偏極移行

偏極陽子固体標的偏極方法

電子偏極 → 陽子偏極

back up

標的偏極度

電子整列 芳香族分子を光励起 → 三重項に占有数の差

Target chamber

end