Studies beyond the neutron dripline using quasifree (p,2p) reactions: the case of ¹³Be

Abstract

El objetivo de este trabajo es estudiar la estructura de capas del 13Be, un núcleo no-ligado rico en neutrones utilizando una reacción (p, 2p) de knockout. Este tipo de estructuras nucleares no-ligadas son objeto de interés debido a que permiten estudiar los límites de la fuerza nuclear donde aún es capaz de formar estructuras observables con ciertas combinaciones de protones y neutrones, y también porque son buenos laboratorios donde probar los modelos teóricos de las interacciones entre un nucleón y el núcleo. Con este objetivo realizamos un experimento en el acelerador de iones pesados GSI, donde núcleos de 14B a energías del orden de 490 MeV/u se hicieron incidir sobre un blanco de CH2, produciendo 13Be. Este tipo de núcleos sin ningún estado ligado, tienen una vida media extremadamente corta, del orden de los 10-21 s, por lo que no se pueden medir directamente sino que hay que buscar los restos de su desintegración, en este caso: 12Be y un neutrón. Un complejo sistema de detectores de la Colaboración R3B ha permitido estudiar todos los productos de reacción. Los detectores disponibles para el trabajo experimental eran: un sistema para identificar los isótopos entrantes formado por detectores de centelleo y semiconductor, una esfera de detectores de centelleo para rayos gamma y protones alrededor del blanco, una serie de detectores de silicio antes y después del mismo y un electroimán de muy alta aceptancia y potencia para separar los productos de la reacción con carga y dirigirlos hacia los detectores de fibras y centelleo para detectar, en este caso, los núcleos de 12Be, y un detector de neutrones de gran eficiencia. Este trabajo detalla todas las técnicas utilizadas para producir los núcleos de interés, así como para calibrar los más de 9 conjuntos de detectores utilizados, pero el núcleo del trabajo consiste en el análisis de los datos obtenidos, encontrando los que permiten reconstruir la energía relativa de los componentes del 13Be : 12Be + n, utilizando la técnica de la masa invariante. El espectro de energía relativa muestra un conjunto de resonancias que han sido analizadas para obtener sus valores medios, anchuras y el momento angular del estado resonante correspondiente. Para obtener un resultado más limpio de contaminación, se ha verificado la producción de la reacción nuclear mediante la búsqueda de los dos protones que son emitidos en la misma con un ángulo de apertura de aproximadamente 82 grados. Para poder entender por completo los resultados también se han buscado los rayos gamma de la desexcitación de dos de los estados del núcleo hijo: 12Be, encontrándose uno de energía 2.1 MeV en coincidencia. Esto permite fijar las resonancias del espectro de energías del 13Be a sus valores reales, puesto que el método de la masa invariante es insensible a la energía que queda almacenada en los estados excitados de los núcleos. Este trabajo, a pesar de la baja estadística disponible y de la poca resolución energética, ha conseguido resolver una estructura de capas para un núcleo muy exótico como el 13Be, con tres estados, un estado s a 0.3 MeV por encima del estado fundamental del 12Be, un estado d a 2.20 MeV y otro estado a 3.05 MeV que puede ser s o d. Además se propone también, aunque no se puede confirmar por falta de estadística suficiente, un cuarto estado a 0.95 MeV. Este es el primer experimento que, buscando este núcleo, verifica la producción de la reacción (p, 2p) de knockout, y es el segundo que ha podido contar con medidas de los rayos gamma emitidos tras la reacción, que es un detalle clave para poder completar el análisis con el método utilizado