Поиск и спектроскопия тяжелых изотопов лития 10-12li Короткова Лариса Юрьевна

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА I. Постановка эксперимента 15

1.1. Экспериментальная установка 15

1.2. Мишень 14С 17

1.3. Идентификация частиц и определение их энергий 20

1.4. Энергетическое разрешение спектрометра 22

1.5. Разрешение по недостающей массе 24

1.6. Определение примесей в мишенях ИВ и 14С 27

1.7. Контроль временной стабильности характеристик спектрометра 31

1.8. Моделирование 33

ГЛАВА II. Спектроскопия изотопа лития 10Ы 35

2.1. Обзор экспериментальных и теоретических работ по спектроскопии изотопа 10Li 35

2.1.1. Основные результаты экспериментальных исследований 35

2.1.2. Основные результаты теоретических исследований 43

2.2. Спектроскопия 10Li в реакциях поглощения остановившихся п мезонов 47

2.2.1. Инклюзивные измерения: Ь(- , - )Х 47

2.2.2. Корреляционные измерения: С(7Г , рр)Х 49

2.2.3. Корреляционные измерения: С(- , аа)Х и С(- , pt)X 51

2.3. Анализ полученных результатов 56

2.4. Выводы к главе II 58

ГЛАВА III. Спектроскопия изотопа лития ИЫ. 59

3.1. Основное состояние Li. 59

3.2. Обзор экспериментальных и теоретических работ по поиску и исследованию возбужденных состояний 11Li 60

3.2.1. Основные результаты экспериментальных исследований 60

3.2.2. Основные результаты теоретических исследований 64

3.3. Поиск возбужденных состояний 11Li в реакции 14C(-, pd)X 66

3.4. Анализ полученных результатов 69

3.5. Выводы к главе III 71

ГЛАВА IV. Поиск и спектроскопия изотопа лития 12LI 72

4.1. Обзор работ по поиску и исследованию состояний 12Li 72

4.1.1. Основные результаты экспериментальных исследований 72

4.1.2. Основные результаты теоретических исследований 74

4.2. Поиск возбужденных состояний 12Li в реакции 14C(-, pp)X 75

4.3. Анализ полученных результатов 78

4.4. Выводы к главе IV 80

Заключение 81

Благодарности 83

Приложение 84

Список литературы 88

• Идентификация частиц и определение их энергий
• Основные результаты теоретических исследований
• Обзор экспериментальных и теоретических работ по поиску и исследованию возбужденных состояний 11Li
• Основные результаты экспериментальных исследований

Введение к работе

Актуальность

В настоящее время изучение экзотических легких ядер вблизи границ нуклонной стабильности является областью повышенной экспериментальной активности [1]. Кроме естественного стремления обнаружить новые ядра, интерес к этой проблеме обусловлен следующими причинами. Характеристики нейтронно-избыточных ядер в значительной степени определяются теми составляющими нуклон-нуклонного потенциала, которые подавлены в ядрах, лежащих в долине нуклонной стабильности. Эффекты чередования ядерно-стабильных и нестабильных состояний, образование «гало» слабосвязанных нуклонов, аномальная четность низколежащих состояний могут служить тестом корректности теоретических расчетов. Характеристики ядер вблизи границы нуклонной стабильности важны для понимания свойств и природы образования экзотических ядерных состояний.

Интерес к исследованию тяжелых изотопов лития обусловлен особыми свойствами этих ядер. Граница нуклонной стабильности проходит через изотоп ¹¹Li, соседние с ним ядра ^10,12Li являются квазистационарными состояниями. Направление ядерной физики, связанное с исследованием экзотических ядерных систем вблизи границ нуклонной стабильности, начало активно развиваться после обнаружения у ядра ¹¹Li аномально большого радиуса в экспериментах на пучках радиоактивных ионов [1].

Для объяснения этого явления была предложена гипотеза о наличии нейтронного гало. В рамках этого предположения ядро ¹¹Li рассматривается как система из «кора» ⁹Li, окруженного двумя нейтронами, волновая функция которых характеризуется аномально большим радиусом. Для описания ¹¹Li как трехчастичной системы необходима информация о двухчастичных подсистемах n + n и ⁹Li + n. Свойства последней подсистемы тесно связаны с параметрами низколежащих состояний ¹⁰Li, основное состояние, которого является нуклонно-нестабильным. Важным свойством изотопа ¹⁰Li, необходимым для понимания характеристик ¹¹Li, является аномальная четность ¹⁰Li_g.s.. Это является прямым указанием на возникновение новых магических чисел взамен традиционных и как следствие приводит к смешиванию нейтронных оболочек в ¹¹Li. Стоит отметить, что ¹¹Li является борроминовским ядром, т.е. связанной трехчастичной системой, в которой каждая двухчастичная подсистема – несвязанна.

Для изучения экзотических ядер на границе нейтронной стабильности также необходимы знания о свойства более тяжелых изотопов лития. Изотоп ¹²Li, который представляет собой резонанс в системе ¹¹Li + n, был обнаружен недавно и вопрос о структуре его уровней остается открытым.

К настоящему времени выполнено большое число экспериментов по поиску и спектроскопии тяжелых изотопов лития. Однако в области низких энергий возбуждений (0.5 - 2.5 МэВ) экспериментальная информация по структуре уровней изотопов ¹⁰Li и ¹¹Li требует уточнения и разрешения

имеющихся неопределенностей в параметрах резонансных состояний. Для ¹²Li и высоковозбужденных (> 4 МэВ) уровней ¹⁰Li, ¹¹Li данные практически отсутствует. Поэтому любой новый экспериментальный результат для таких ядер представляет самостоятельный интерес, а также является важным источником для совершенствования теоретических моделей.

В настоящей работе для исследования ^10-12Li использовались реакции поглощения остановившихся отрицательных ^–-мезонов ядрами ¹¹В и ^12,14С. Важное преимущество этого метода обусловлено практически фиксированной энергией начального состояния, независимо от энергетического разрешения пучка. Образование в конечном состоянии ядер с большим избытком нейтронов и эмиссия быстрых заряженных частиц дают широкие возможности для определения структуры уровней возбуждения.

Цель работы: Экспериментальный поиск и спектроскопия изотопов лития ^10-12Li в каналах реакции поглощения пионов ядрами бора ¹¹В и углерода ^12,14С:

1. Исследование структуры уровней ¹⁰Li в реакциях ¹¹B(^-, p)X, ¹²C(^-, pp)X, ¹⁴C(^-, dd)X и ¹⁴C(^-, pt)X.

2. Поиск и исследование структуры уровней ¹¹Li в реакции ¹⁴C(^-, pd)X.

3. Поиск уровней ¹²Li в реакции ¹⁴C(^-, pp)X.

4. Разработка метода учета фона от примесных атомов ¹²С в спектрах
недостающих масс, измеренных на радиоактивной мишени ¹⁴С.

Научная новизна: Впервые в рамках единой методики получены приоритетные данные о структуре уровней тяжелых изотопов лития ^10-12Li:

- впервые обнаружены высоковозбужденные состояния ¹⁰Li со следую
щими резонансными параметрами (Е_r - резонансная энергия уровня, Г -
ширина уровня):

Е_r = 2.2 МэВ, Г 1 МэВ; Е_r = 6.1 МэВ, Г 1 МэВ; Е_r = 7.9 МэВ, Г 2 МэВ; Е_r = 10.1 МэВ, Г 0.5 МэВ;

- впервые обнаружено возбужденное состояние ¹¹Li с Е_х = 3.9 МэВ,

впервые обнаружено возбужденное состояние ¹²Li с Е_r = 4.0 МэВ,

Г < 0.2 МэВ; первые об Г 1 МэВ.

Достоверность: Достоверность результатов по обнаружению новых состояний изотопов ^10-12Li основывается на совпадении в пределах погрешности измерений известных уровней этих ядер с модельными расчетами и данными других экспериментов. Обоснованность точности представления резонансных парамет-

ров изотопов ^10-12Li обеспечивается высоким энергетическим разрешением экспериментальной установки и большой статистикой измерений.

Вклад автора: Автору принадлежит определяющая роль в обработке экспериментальной информации, корректном учете фона примесных атомов и моделировании многочастичных фазовых объемов. Автором усовершенствованы алгоритмы программ обработки и анализа экспериментальных данных. Автором получены систематические данные по основным и возбужденным состояниям исследуемых тяжелых изотопов лития, и выполнен их анализ. Автор внес определяющий вклад в новые результаты, изложенные в диссертации. Автором выполнена основная работа по апробации результатов исследования и подготовке основных публикаций по выполненной работе.

Практическая значимость работы:

Показана возможность использования реакций поглощения остановившихся пионов для исследования нейтронно-избыточных ядер в диапазоне возбуждения 0 МэВ < E_r < 30 МэВ;

Обнаружены новые возбужденные состояния изотопов ^10-12Li с энергией E_r > 3 МэВ;

Полученная систематическая информация по резонансным параметрам исследуемых ядер позволяет совершенствовать теоретические модели, описывающие ядерные состояния с большим избытком нейтронов.

Автор защищает:

4. Экспериментальные результаты по определению параметров высоковозбужденных состояний изотопа ¹⁰Li.

5. Экспериментальные результаты по обнаружению и измерению параметров возбужденных состояний ¹¹Li.

6. Экспериментальные результаты по обнаружению возбужденного состояния изотопа ¹²Li.

7. Метод учета фона от примеси изотопа ¹²С в мишени ¹⁴С для корректного определения параметров возбужденных состояний тяжелых изотопов лития.

Апробация работы: Результаты исследований, положенные в основу диссертации, представлялись и докладывались на Научных конференциях НИЯУ МИФИ (2010-2015), на Международной сессии-конференции СЯФ ОФН РАН (2013, Протвино), на Международном симпозиуме «Экзотические ядра EXON-2014» (2014, Калининград), на Международной конференции «Ядро 2015» (2015, Санкт-Петербург), Международном симпозиуме по экзотическим ядрам «ISEN-2015» (2015, Болгария), а также на научных семинарах в ОИЯИ, НИЦ «Курчатовский институт», НИЯУ МИФИ.

Публикации: Основные результаты диссертации опубликованы в 4 работах, входящие в список перечня ВАК. Из них 2 статьи входят в базу данных Web of Science и Scopus, 1статья - в Scopus и 1 статья - в РИНЦ.

Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Содержит 98 страниц печатного текста, 36 рисунков, 12 таблиц и список литературы из 96 наименований.

Идентификация частиц и определение их энергий

Конструкция спектрометра предусматривает возможность использования мишеней, изготовленных как из стабильных, так и из радиоактивных изотопов. Применение радиоактивных мишеней позволяет изучать ядра с максимальным нейтронным избытком. Так, если выполнение эксперимента на мишени 12C дает возможность исследовать ядра: 10Li, 11Be, 8He, то применение радиоактивной мишени 14C позволяет изучать более экзотические нейтронно-избыточные состояния: 12Li, 13Be,10He.

Для детального сравнения в табл. 2. и табл. 3 представлены ядерные состояния, образующиеся в двух- и трехчастичных каналах реакции поглощения пионов ядрами 12,14C, их поиск может быть осуществлен соответственно в инклюзивных и корреляционных измерениях. Из этих таблиц видно, что для изучения тяжелых изотопов лития 10-12Li можно использовать только одну реакцию на мишени 12С, и гораздо больше (8) на мишени 14С.

Мишень 14C была разработана совместно НИЯУ МИФИ и Российским Национальным Центром "Прикладная Химия" (ГИПХ, С.-Петербург). Мишень выполнена в виде диска, который имеет достаточную механическую прочность, и следующие паспортные параметры: вес - 24 мг/см2 (0.127г); диаметр - 26 мм; активность -1.851010 Бк (500 мкКи); изотопный состав: 14C - 77 ат. %, 12C - 23 ат. %, остальные элементы 1 ат. %. Для измерений на мишени 14C был изготовлен контейнер (рис. 5). В направлениях траекторий входного пучка и регистрируемых частиц контейнер имел майларовые окна. Толщина майлара входного окна - 200 мкм, выходного - 5 мкм, в направлениях регистрируемых частиц - 50 мкм. Откачка вакуумного объема спектрометра производилась через "ядерный" фильтр (майлар, облученный в пучке тяжелых ионов) с диаметром отверстий 0.5 мкм.

Крепление мишени в контейнере было выполнено с помощью проволоки из бериллиевой бронзы (0 = 30 мкм). Расчеты показали, что скорость остановок пионов в конструкционных элементах изготовленного контейнера составляла менее 0.1% от интенсивности пучка. Дополнительное подавление фона обеспечивалось на этапе обработки экспериментальных данных "off-line" из-за различий в углах входа в ППД- телескопы для полезных и фоновых частиц.

Конструкция контейнера обеспечивала необходимые меры безопасности. Так при проведении тестовых измерений в течение 10 дней, не было обнаружено утечки радиоактивного углерода во внешнюю среду.

Задача снижения загрузки полупроводниковых детекторов электронами р-распада C решена с помощью магнитных фильтров, которые были установлены перед ППД-телескопами. В фильтрах использованы постоянные магниты, изготовленные на основе редкоземельных элементов (самарий-кобальт). Средняя напряженность магнитного поля в зазоре размером 33 мм, который соответствует диаметру чувствительной области детектора, составила 0.7 kГс. Длина магнитной дорожки в направлении оси ППД-телескопа - 2 см. Магнитное поле фильтров полностью устраняет электроны

Спектры излучения 14С, зарегистрированные Si(Li)-ППД без использования магнитного фильтра (а) и с магнитным фильтром (б); спектр (в) получен вычитанием из спектра (б) спектра шумов детектора. На рис. 6 представлены результаты исследований характеристик магнитного фильтра. Кривая (а) - спектр, зарегистрированный Si(Li)-п.п.д. без магнитного фильтра, распределение (б) – спектр, зарегистрированный с магнитным фильтром. Видно, что для измерений с магнитным фильтром, основная загрузка электроники обусловлена шумами детектора. На врезке рис. 6 в увеличенном масштабе показан спектр (в), полученный вычитанием из спектра (б) шумов детектора. Результирующий спектр обусловлен рентгеновским излучением, образующимся как в самой мишени 14С, так и в майларовых окнах контейнера.

Исследования показали, что коэффициент подавления электронного фона от 14С составил 1.810-4, что вполне приемлемо с точки зрения реального физического эксперимента, в котором электронная фоновая загрузка составила величину 2.5103 с-1, в то время как возможности электроники допускают загрузку 105 c-1. Исследования показали, что в условиях высокоинтенсивного пучка ускорителя использование магнитного фильтра позволило улучшить на 40 кэВ энергетическое разрешение первого Si(Au)-ППД телескопа и тем самым обеспечило более надежную идентификацию вторичных частиц, образующихся при поглощении пионов.

Основные результаты теоретических исследований

Ядро 10Li – объект многочисленных экспериментальных и теоретических исследований [1]. В значительной степени такая активность обусловлена важностью этих исследований для понимания структуры ядра 11Li, обладающего экзотическими свойствами, включая ярко выраженное нейтронное гало [42]. 11Li представляет собой Борроминовское ядро, состоящее из «кора» 9Li и двух валентных нейтронов. Следовательно, для изучения 11Li как трехчастичной системы необходимо понимание свойств его внутренних подсистем: n + n и 9Li + n. Информация о подсистеме 9Li + n может быть получена из экспериментальных данных об основном и возбужденных уровнях изотопа 10Li.

Изотоп 10Li – нуклонно-нестабильное ядро [1]. Поиск этого изотопа начался в 1966 году в эксперименте, где урановая мишень бомбардировалась пучком протонов [43]. Среди образующихся в реакции стабильных изотопов, 10Li не наблюдался.

Впервые изотоп 10Li был обнаружен в реакции передачи 9Be(9Be, 9B)X при энергии пучка 121 МэВ [44]. Пик в энергетическом спектре 9B авторы интерпретировали, как проявление двухчастичного канала с образованием резонансного состояния 10Li со следующими параметрами Er = 0.81 ± 0.25 МэВ и Г = 1.2 ± 0.3 МэВ. Однако в последующих работах было показано, что основное состояние 10Li лежит гораздо ближе к порогу распада 10Li 9Li + n. Первое доказательство этого было получено в реакции поглощения пионов 11B(-,p)X [45]. Вблизи кинематической границы реакции в спектре протонов наблюдался пик, обусловленный двухчастичным каналом реакции. При описании этого пика с помощью порогового распределения Брейта-Вигнера для s-волнового резонанса были получены следующие значения резонансных параметров: Er = 0.15 ± 0.15 МэВ и Г 1 МэВ.

Таким образом, обнаруженный в [44] уровень представляет собой, скорее, первое возбужденное состояние 10Li. Здесь ясно проявляется основная сложность интерпретации данных об уровнях 10Li с Er 1 МэВ: вследствие слишком близкого расположения основное и первое возбужденное состояния перекрываются в экспериментальных спектрах.

В дальнейшем было выполнено большое количество экспериментов с целью определения положения основного состояния 10Li и поиска его возбужденных уровней. Работы можно разделить на два основных типа: в первом поиск 10Li проводится в спектрах недостающих масс, во втором регистрируются продукты распада 10Li 9Li + n. Компиляция данных на 2004 г. представлена в обзоре [28], результаты более поздних работ обсуждаются ниже.

К настоящему времени надежно установлено, что основное состояние 10Li имеет спин-четность JP = 2– и является s–волновым виртуальным состоянием с Er 0.2 МэВ. Это состояние образовано нейтроном, находящимся на 1s1/2–оболочке, и основным состоянием 9Lig.s. (JP = 3/2–). Наиболее убедительным доказательством s-волновой природы основного состояния 10Li является пик, наблюдаемый вблизи нуля в распределении относительных скоростей продуктов распада n и 9Li и измеренный в реакциях фрагментации C(11Li, 9Li + n)X при энергии 280A МэВ [44] и 9Be(18O, 9Li + n)X при энергии 80A МэВ [46].

Существуют два подхода к описанию порогового s-волнового состояния 10Lig.s.. Первый из них основан на теории R-матрицы [44] и использует Брейт-Вигнеровский формализм, в котором определяются резонансные параметры пика: его энергия Er и ширина Г (п. 2 Приложения). Второй использует пороговое приближение в разложении формул теории рассеяния, в котором s-волновое состояние описывается с помощью параметра длины рассеяния as (п. 2 Приложения). Отметим, что в обоих подходах экспериментально наблюдаемый пик, обусловленный пороговым s-волновым состоянием, имеет асимметричную форму.

В Ют ранних работах [44, 45, 48] для описания основного состояния Li применялся Брейт-Вигнеровский формализм. Рассмотрим основные результаты, полученные этим методом. В реакции В( Li, В) Li при энергии пучка 130 МэВ был обнаружен уровень с Er 0.10 МэВ и Г 0.23 МэВ [48]. Эти значения параметров согласуются с результатами работы [45], представленными в табл. 6. реакциях фрагментации пучка Li с энергией 280 МэВ/нуклон на мишенях С и РЬ были выполнены измерения спектров инвариантных масс „ системы Li + п [44]. Анализ спектров показал, что наблюдаемые вблизи порога пики представляет собой суперпозицию основного (s-волнового) и первого возбужденного (р-волнового) состояний. Значения резонансных Ют параметров основного состояние Li Er = 0.21 ± 0.05 МэВ и Г = 0.12 ддзМэВ не противоречит результатам из [45, 48].

Обзор экспериментальных и теоретических работ по поиску и исследованию возбужденных состояний 11Li

Гипотеза о проявлении мягкого дипольного резонанса [69, 70, 76] также подтверждается результатом измерения углового распределения протонов в реакции p(11Li, p)X [73], которое описывается наилучшим образом в случае, когда переданный орбитальный угловой момент = 1 и первое возбужденное состояние 11Li имеет положительную четность.

Однако эта интерпретация состояния при Eх 1 МэВ была поставлена под сомнение в работах [74, 77, 78]. В этих экспериментах измерялись энергии и углы нейтронов и 9Li, а также спектр энергии распада 11Li 9Li + n + n. Экспериментальный спектр был описан формулами Брейта-Вигнера с параметрами Ex = 1.0 МэВ, Г = 0.8 МэВ. Полученный при расчете период осцилляции кора 9Li относительно двух нейтронов в гало оказался в 5 раз меньше времени жизни этого состояния.

Уровень с энергией возбуждения Ex 3.0 МэВ может соответствовать случаю, когда «кор» 9Li находится в первом возбужденном состоянии (Ex = 2.691 МэВ, J = 1/2-). Тогда этот уровень 11Li имеет J = 1/2-. Можно предположить, что состояния с большей энергией представляют собой возбужденный «кор» с возбужденными валентными нейтронами.

Из обзора видно что, обнаружено 6 возбужденных состояний 11Li, однако статистическая обеспеченность данных невелика и существуют противоречия в результатах разных авторов. В нескольких работах в измеренные спектры заметный вклад вносят примеси в мишенях. Таким образом, вопрос о точном положении возбужденных уровней изотопа 11Li и их ширинах остается открытым.

Количество теоретических расчетов структуры уровней 11Li невелико, что объясняется сложностью вычислений [79]. Эта сложность в значительной степени обусловлена практически вырожденностью 1s1/2- и 0p3/2-состояний. В моделях, рассматривающих 11Li как систему трех тел, необходимо принимать во внимание сверхтонкую структуру, возникающую из-за ненулевого спина ядра 9Li. Дополнительная сложность обусловлена имеющимися неопределенностями в описании взаимодействия системы «кор-нейтрон».

В работе [79] трехчастичная модель была использована для определения параметров возбужденных уровней 11Li через полюса S-матрицы. Полученные уровни воспроизводятся через динамику системы 9Li + n. В предположении, что s-состояние 10Li имеет квантовые числа 2-, авторами получили следующие значения резонансных параметров для низколежащих состояний 1/2+ (0.42 МэВ, 0.25 МэВ), 3/2+ (0.62 МэВ, 0.55 МэВ), 5/2+ (0.70 МэВ, 0.65 МэВ).

В работе [80] для расчета возбужденных состояний 11Li использовались сепарабельные потенциалы для описания взаимодействий n-n и n-9Li в комплексной плоскости. Потенциал n-9Li учитывает взаимодействия в s- и p-состояниях (основное состояние 10Li - s-волновое, первое возбужденное состояние - p-волновое). Авторы [80] получили следующие значения энергий возбуждения для низколежащих состояний: 0.047 МэВ, 1.087 МэВ и 2.080 МэВ.

В работе [81] ядро 11Li рассматривается, как система 9Li + n + n и для описания возбужденных состояний этой системы используются уравнения Фадеева в континууме, представленные в гиперсферических координатах. Авторы предсказали большое количество уровней ( 20) с отрицательными и положительными четностями и ширинами Г 0.5 МэВ в диапазоне энергий возбуждения 0.9 МэВ Eх 2.5 МэВ.

Подводя итог результатам теоретических исследований, можно отметить, что представленные расчеты ограничены низкими энергиями возбуждения (Ех 2.5 МэВ), при этом число предсказанных уровней значительно больше, чем было обнаружено в экспериментах. Таким образом, из анализа выполненных экспериментальных и теоретических исследований структуры уровней Li можно сделать следующие выводы: Пт 1) основное состояние Li является -радиоактивным с периодом полураспада = 8.75 ± 0.14 мс [22]; 2) имеются указания на проявление возбужденных уровней в области 1.0 МэВ ЕХ 11.5 МэВ [22].

В такой ситуации получение новой экспериментальной информации по структуре уровней Li в широком диапазоне энергий возбуждения является важной задачей.

Оба спектра рассчитаны в кинематике реакции С(7Г, pd) 1л, поэтому из-за разницы в Q реакции состояния Li сдвинуты на -12.8 МэВ. Спектр на С был нормирован на вклад этой примеси в мишени С Метод определения вклада примеси С в измерения на радиоактивной 14/-Ч Ют ; мишени С аналогичен случаю 1л. На рис. 30 представлен спектр ММ для реакции С(, ра)Х. За начало отсчета принята масса основного состояния Li. В спектре отчетливо проявляется пик, обусловленный трехчастичным каналом реакции поглощения, с образованием нуклонно-стабильного основного состояния Li. Ширина наблюдаемого пика (ПШПВ 0.8 МэВ) определяет разрешение по ММ в корреляционных измерениях pd-пар.

Основные результаты экспериментальных исследований

Впервые теоретические расчеты структуры 12Li были выполнены в основное состояние 12Li представляет собой резонанс в системе 11Li + nJ ( = работе [86] в рамках простой оболочечной модели. Было предсказано, что находиться еще два уровня с Er = 0.410 МэВJ (P = 2-) и 0.730 МэВJ (P = 1-), 4-) с Er = 1.2(1.0) МэВ [86]. В области низких энергий возбуждений могут

Однако вопрос о применимости оболочечной модели [86] для описания ядер вблизи границы нуклонной стабильности остается открытым.

В работе [87] расчеты уровней 12Li проводились многоступенчатым методом решения оболочечных уравнений в комплексной энергетической плоскости, развитой для описания состояний в континууме. В рамках этой модели резонансные параметры уровней определяются через полюса решений уравнений, лежащих в комплексной плоскости энергий: Ег действительная часть положения полюса, 2Г - мнимая часть. В этой работе предсказывается 8 узких уровней с резонансными энергиями Ег 3.5 МэВ. Для этих состояний характерно нахождение протона на 0р3/2-оболочке и нейтрона - на оболочках 1Si/2, Орт и ОСІ5/2. Основное состояние Li имеет Jp = 2 и его положение совпадает с результатами работ [26, 29], однако первое возбужденное состояние лежит заметно выше Er 0.7 МэВ.

Таким образом, видно, что теоретическая информация о 1л является столь же ограниченной, как и экспериментальная.

Поиск возбужденных состоянии Li в реакции С(ти , рр)Х наших измерениях поиск Li проводился в канале реакции

На рис. 34 представлены спектры недостающих масс, полученные в корреляционных измерениях рр-пар на мишенях С, при этом спектр на С был нормирован на процентное содержание примеси С (23%) в радиоактивной мишени С За начало отсчета на рис. 34 принята сумма масс основного состояния Li и нейтрона.

Оба спектра рассчитаны в кинематике реакции С(7Г , рр) 1л, поэтому, реакции, спектр на мишени С сдвинут на -11.3 МэВ. Метод определения вклада примеси С в измерения на радиоактивной мишени С аналогичен случаю 1л. Полученный после вычитания вклада примеси спектр представлен на рис. 35. Небольшой фон в области отрицательных значений ММ обусловлен статистическими погрешностями процедуры вычитания, фоном случайных совпадений и, возможно, вкладом неконтролируемых примесей.

Рис. 34. Спектр MM реакции (- , рр): точки с погрешностями - на радиоактивной мишени 14C, серая гистограмма - на изотопно-чистой мишени 12C.

В спектре недостающих масс, представленном на рис. 35, проявляется пик, обусловленный нуклонно-нестабильным состоянием 12Li. Наилучшее описание пика достигается при следующих значениях резонансных параметров: Er = 4.0 ± 0.2 МэВ, Г 1.1 МэВ. Отметим, что основной вклад в нерезонансную часть спектра вносят фазовые объемы следующих конечных состояний: 2p + 11Li + n, 2p + 10Li + 2n и 2p + 9Li + 3n. Следует отметить, что в спектре не наблюдается основное состояние Li в области ММ 0 МэВ. Также требуется увеличение статистики для определения природы усиления в спектре вблизи ММ 7 МэВ. Рис. 35. Спектр ММ реакции 14C(-, pp)X. Точки с погрешностями -экспериментальные данные. Линии - распределение Брейта-Вигнера, 1 -полное описание, 2 - суммарное распределение по фазовым объемам, распределения по фазовым объемам реакций: 3 - 14C(-, pp)11Lin, 5 - 14C(-, pp)10Li2n, 6 - 14C(-, pp)9Li3n; 4 - фон случайных совпадений. Врезка – спектр, полученный после вычитания вкладов 2-6. 4.3. Анализ полученных результатов

В табл. 11 представлена экспериментальная информация об уровнях изотопа 12Li. Видно, что наши данные дополняют результаты работ [26, 29]. В работах [26, 29] диапазон измерений энергий возбуждения 12Li не превышает 4 МэВ, поэтому в авторы не могут наблюдать обнаруженный нами уровень в области Er = 4.0 МэВ.

Измеренные под углом 180 абсолютные выходы коррелированных пар однозарядных ядер (р, d, t), образующихся при поглощении остановившихся 7г -мезонов легкими ядрами Li [89], Be [90] и С [91] демонстрируют, что выходы рр-событий более чем на порядок ниже выходов остальных пар. Однако, как показывают наши результаты по 1л, тяжелые изотопы лития преимущественно образуются в квазисвободных процессах, тогда как нуклоны, входящие в их состав, не принимают непосредственного участия в поглощении пионов. Рис. 36. Диаграмма, описывающая механизм реакции 14C(-, pp)X.

Возможно, единственный механизм образования pp-пар, удовлетворяющий этому условию, соответствует треугольной диаграмме с перезарядкой первичного нейтрона (рис. 36). В этом случае можно ожидать заметной селективности в образовании уровней 12Li, обусловленной процессом перезарядки в реакции 12Be(n,p)12Li.

Теоретические вычисления [87] предсказывают, что основное состояние 12Li имеет отрицательную четность JP = 2-. Для разрешенных Ферми и Гамов-Теллеровских переходов четность сохраняется, поэтому основной вклад в выход реакции 12Be(n,p)12Li будут давать состояния остаточного ядра 12Be с отрицательной четностью, однако большинство экспериментально обнаруженных состояний 12Вe имеет положительную четность [92], что должно привести к подавлению выхода канала (-, pp) с образованием 12Li в основном состоянии.