22 O(d,p)

Spectroscopic Study of Neutron Shell Closures
via Nucleon Transfer
in the Near-Dripline Nucleus 23O
Phys. Rev. Lett. 98, 102502 (2007)
Z.Elekes et al.
概要
●22O(d,p)23O  22O + n 反応を使って23O の neutron single particle energy を
測った。
●4.0MeV (d3/2) と 5.3MeV (pf shell のstate) の共鳴状態が見つかった。
●s1/2 と d3/2 state のエネルギー差 4.0MeV はN=16のshell gap に対応する。
●1.3MeV はN=20 のshell gap に対応し Z=8では魔法数が消滅している。
24Oにおける魔法数N=20の消滅
魔法数N=16の出現
（理論）
T.Otsuka et al.,Phys. Rev.Lett. 87, 082502 (2001)
pf
pf
~4MeV
~6MeV
0d3/2
sd 1s1/2
0d5/2
20
16
14
20
16
14
0d3/2
1s1/2 sd
0d5/2
p 0p1/2
0p3/2
8
6
8
6
0p1/2 p
0p3/2
0s1/2
2
2
0s1/2
中性子
陽子
29Si
30
24
AlO
Z=8、N=14 22O の二重閉殻構造
ガンマ線インビーム分光法
22O22O*γ線
と 20O の場合の
約２倍に相当
18O
Invariant Mass Method (不変質量法）
Level 図
reaction
3/2+
23O
2.7MeV
Erel
22O
Sn
+n
22O(d,p)23O
 22O + n
1/2+
n
22O
Pn
P22O
p
D
22O
n
23O*
22O

 2
M 23 O* (E 22 O  E n )  (P22 O  Pn )
2
E rel  M 23 O*  (M 22 O  M n )
E ex  E rel  Sn
Setup
入射核破砕片分離装置
RIPS (RIKEN Projectile fragment Separator)
一次ターゲット: 9Be 3mm
一次ビーム:
40Ar 94MeV/nucleon
60nA
二次ビーム: 22O
●purity 40%
●34MeV/nucleon
●600cps
Setup
Z8
E  Z 2  2
E  A 2
5mm
CD2:30mg/cm2
O 同位体を識別
The excitation energy spectrum of 23O
Gate of neutron
light outputs (A) > 10 MeVee
23 ns < TOF < 48 ns
(13 MeV < E < 53 MeV)
Two peaks
4.00(2) MeV and 5.30(4) MeV
Resolution
~200 keV(FWHM)
Total angle-integrated cross section
σ(4.0 MeV)=0.84 ±0.17 mb
σ(5.3 MeV)=0.33 ±0.10 mb
運動量移行pn
 in 

 out  out
P22 O  Pn  P23 O*  P22 O  Pn
散乱角度
反応により
中性子が22Oに持ち込んだ
運動量Pnがわかる。
22O(d,p)23O
ln  b  Pn /
23O
（半古典的）
の第一励起状態の軌道角運動量L
reaction
22O(d,p)23O
 22O + n
Angular distribution for the 4 MeV inelastic channel
DWBA calculation with the code DWUCK
Optical potential
Entrance channel : 16O + d
Exit channel
: 17O + p
● D-wave
● spectroscopic factor
Sexp(4MeV) = 0.5 ± 0.1
Excited states of 23O
N=20 shell gap
USD05計算だと‥
~7MeV
Small spectroscopic
ほとんど励起されないはず
but
実験からは比較的大きい全断面積
σ(5.3 MeV)=0.33 ±0.10 mb
N=16 shell gap
MCSM 計算だと‥
σ(p3/2) ~ 0.5mb
Sexp(5.3MeV) ~ 1.0
σ(f7/2) ~ 20mb
Sexp(5.3MeV) ~ 0.02
5.3MeVはpf shell のstate
p3/2 Sexp(5.3MeV) ~ 1.0
f7/2 Sexp(5.3MeV) ~ 0.02
結論
●不変質量法と(d,p)反応を用いて23Oのsingle particle energy を調べた。
●4.0MeVと5.3MeVの二つの非束縛状態を見つけた。
●shell model 計算と比較すると、4.0MeVの非束縛状態は中性子の
d2/3 state であり、N=16 の魔法数を作り出すことを示している。
この結果は、束縛される酸素同位体がA=24 までであることを説明
できる（フッ素は少なくともA=29まで束縛される）。
●6.0MeV の非束縛状態は fp shell のstate に対応し、sd shell と fp shell
の shell gap が1.3MeV と小さくなり、Z=8ではN=20 の魔法数が消滅する
という直接的な証拠になった。
22O
中性子d5/2 hole state は
(d,p) 反応ではほとんどpopulateされない。
fp
fp
d3/2
d3/2
s1/2
s1/2
d5/2
d5/2
中性子
中性子
22O 23O
22O 23O

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