Спектроскопия тяжелых изотопов гелия 6Не и 7Не в реакциях поглощения -мезонов ядрами Телькушев Михаил Владимирович

Содержание к диссертации

Введение

Постановка эксперимента

Экспериментальная установка

Электронная система регистрации и отбора событий

Методика измерения энергии и идентификации частиц

Энергетическое разрешение спектрометра

Разрешение в измерениях спектров недостающих масс

Метод определения количества примесей в мишенях

Выводы

Спектроскопия тяжелого изотопа гелия 6Hе

Обзор экспериментальных и теоретических работ по

исследованию спектра возбужденных состояний 6Не

Экспериментальная ситуация

Теоретическая ситуация

Поиск возбужденных состояний 6Не в реакциях поглощения --мезонов

Образование возбужденных состояний 6Не в реакциях 11B(-,dt)6He, 10B(-,pt)6He и 10B(-,dd)6He

Образование высоковозбужденных состояний 6Не в реакции 9Be(-,tt)t

Анализ результатов

Выводы

Спектроскопия тяжелого изотопа гелия 7Hе

Обзор экспериментальных и теоретических работ по исследованию спектра возбужденных состояний 7Не

Экспериментальная ситуация

Теоретическая ситуация

Поиск возбужденных состояний 7Не в реакциях поглощения --мезонов

Анализ результатов 83

Выводы 84

Заключение 86

Приложение 1. Формулы расчета недостающих масс в реакции поглощения остановившихся --мезонов ядрами 88

Приложение 2. Поглощение пионов на ядрах примеси 89

Приложение 3. Диаграммы Далица 92

Список литературы

• Электронная система регистрации и отбора событий
• Разрешение в измерениях спектров недостающих масс
• Поиск возбужденных состояний 6Не в реакциях поглощения --мезонов
• Поиск возбужденных состояний 7Не в реакциях поглощения --мезонов

Введение к работе

Актуальность

Экспериментальное исследование легких нейтронно-избыточных ядер и структуры уровней их возбуждения является одним из основных направлений в развитии современных представлений о свойствах ядерных сил, характеристик ядер вблизи границы нуклонной стабильности и природы образования экзотических ядерных состояний. Параметры экзотических ядер дают возможность расширить понимание свойств ядерной материи в условиях высокого отношения N/Z, низкой плотности, а также тестировать существующие ядерные модели и нуклон-нуклонные потенциалы.

Интерес к легким нейтронно-избыточным ядрам в значительной степени обусловлен открытием нейтронного гало – аномального увеличения размеров ядер с малой энергией отделения одного или двух нейтронов [1]. Самым легким ядром с нейтронным гало является ⁶Не. Основное состояние ⁶Не представляет собой систему, состоящую из -частицы в качестве кора и двух слабосвязанных нейтронов, образующих нейтронное гало. Ядро ⁶Не является также самой легкой борроминовской системой, то есть нуклонно-стабильной трехчастичной системой, каждая двухчастичная подсистема которой является нуклонно-нестабильной. Изучение характеристик изотопа ⁶Не в основном и возбужденных состояниях имеет важное значение для понимания свойств других легких экзотических двух- и трехчастичных ядерных систем.

В изотопах гелия отчетливо проявляется четно-нечетный эффект: основные состояния с четным количеством нейтронов ^4,6,8Не – нуклонно-стабильные, с нечетным количеством нейтронов ^5,7,9Не – нуклонно-нестабильные. Изотопы ^6,7Не представляют особый интерес, так как относительно небольшое количество нуклонов делает возможным корректные расчеты характеристик этих ядер. При этом существование узких (Г<0.2 МэВ) состояний тяжелых изотопов гелия расширяет возможности сопоставления экспериментальных результатов и теоретических расчетов по сравнению со случаем сверхтяжелых изотопов водорода.

Тяжелые изотопы гелия наряду со сверхтяжелыми изотопами водорода характеризуются максимальным относительным превышением количества нейтронов над протонами. Основное состояние ⁸Не является наиболее нейтронно-избыточным (N/Z = 3) среди нуклонно-стабильных ядер. Для теоретического описания этого ядерного состояния необходима точная информация о свойствах двухчастичных подсистем ⁶Не + n (⁷Не) и n + n. Поэтому определение характеристик изотопов ⁶Не и ⁷Не в основных и возбужденных состояниях играет ключевую роль для понимания структуры ⁸Не и более тяжелых изотопов гелия.

Вопрос о природе высоковозбужденных состояний легких ядер остается открытым. Одним из возможных механизмов образования таких состояний является возникновение резонансов во взаимодействии ядерных кластеров. В частности, состояния ⁶Не, лежащие выше порога распада ⁶He* t + t,

являются возможными кандидатами на резонанс в системе двух тритонов.

Надежно установлены параметры основного и первого возбужденного состояний ⁶Не и основного состояния ⁷Не. Несмотря на значительное количество экспериментальных работ по изучению изотопов ⁶Не и ⁷Не информация по спектру более высоких возбуждений этих ядер остается во многом противоречивой.

В настоящей работе для исследования тяжелых изотопов гелия ⁶Не и ⁷Не использовалась реакция поглощения остановившихся отрицательных пионов на ядрах ⁹Be и ^10,11B. Эта реакция является эффективным средством изучения легких нейтронно-избыточных ядер [1].

Цель работы

1. Поиск и определение резонансных параметров возбужденных состояний изотопа ⁶Не в реакциях поглощения пионов ядрами ^10,11В и ⁹Ве.

2. Поиск и определение резонансных параметров возбужденных состояний изотопа ⁷Не в реакциях поглощения пионов ядрами ^10,11В.

3. Разработка метода поиска кластерных резонансов в двухчастичных каналах реакции поглощения пионов.

4. Разработка метода определения вклада фоновых реакций от примесей в мишенях ^10,11В.

Научная новизна

1. Впервые в рамках одного эксперимента получены приоритетные данные о структуре уровней возбуждения изотопов ⁶Не и ⁷Не: обнаружены и определены параметры четырех новых состояний изотопа ⁶Не и пяти новых состояний изотопа ⁷Не. Впервые получены подтверждения существования 2⁺ состояния изотопа ⁶Не в области E_х 3.5 МэВ и трех низколежащих состояний изотопа ⁷Не, предсказанных в теоретических работах.

2. Разработан новый метод поиска кластерных резонансов в двухчастичных каналах реакции. Резонансные параметры извлекаются из спектра недостающих масс к частице сопровождающей образование исследуемого состояния. Одновременная регистрация всех продукта распада позволила подавить нерезонансный фон на порядок. С помощью разработанного метода впервые обнаружено существование структуры высоковозбужденных резонансных состояний ⁶Не в системе двух тритонов.

Практическая значимость

Полученный набор систематических результатов по спектроскопии ядер ^6,7Не может быть использован для совершенствования и тестирования современных ядерных моделей.

Результаты по обнаружению высоковозбужденных уровней ⁶Не, представляющих собой резонансы в системе двух тритонов, являются экспериментальным подтверждением существования таких состояний и стимулируют проведение дальнейших исследований кластерной структуры ядер.

Разработан и реализован новый метод определения количества примесей в мишенях, который может быть использован в будущих экспериментах для корректного учета вклада от реакций на примесях в измеренные спектры.

Положения и результаты, выносимые на защиту

3. Экспериментальные результаты по обнаружению и измерению пара-метров возбужденных состояний изотопа ⁶Не.

4. Экспериментальные результаты по обнаружению и измерению параметров возбужденных состояний изотопа ⁷Не.

5. Метод поиска резонансов в системе двух ядерных кластеров.

6. Метод учета фона от примесных атомов в мишенях ^10,11В.

Достоверность положений и выводов

Достоверность результатов обусловлена высокой статистической обеспеченностью экспериментальных данных, превосходящей для большинства состояний результаты лучших современных экспериментов. Измеренные параметры известных состояний согласуются с мировыми данными. Впервые наблюдаемые состояния ⁶Не и ⁷Не обнаружены в нескольких каналах реакции, и их параметры в пределах погрешностей совпадают.

Вклад автора

Автор внес определяющий вклад в обработку экспериментальных данных, анализ и интерпретацию результатов по определению резонансных параметров исследуемых изотопов гелия. Автор провел детальное сравнение полученных результатов с современными экспериментами и теоретическими расчетами. Автор предложил и успешно применил новый метод поиска резо-нансов в системе двух тритонов, им разработан и реализовал метод определения вклада фоновых реакций от количества примесей в мишенях. Автор выполнил работу по подготовке основных статей и докладов по теме диссертации.

Апробация работы

Результаты исследований, положенные в основу диссертации, представлялись и обсуждались на семинарах в НИЯУ МИФИ, ОИЯИ, НИЦ «Курчатовский институт»; докладывались на Международных конференциях по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра (Саров 2011, Москва 2013, Минск 2014, Санкт-Петербург 2015), на Международном симпозиуме «Экзотические ядра» (EXON-2014, Калининград 2014).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 10 работ, из них 4 работы в научных изданиях, входящих в базы данных Web of Science или Scopus.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, приложения и списка литературы. Объем диссертации составляет 105 страниц, включая 28 рисунков, 10 таблиц и список литературы из 95 наименований.

Электронная система регистрации и отбора событий

Основными элементами электронной системы установки являлись многоканальная спектрометрическая аппаратура, обеспечивавшая съем, преобразование и кодирование сигналов с детекторов; система быстрой логики, осуществлявшая предварительный отбор событий и выработку триггера запуска спектрометра; система контроля спектрометрических и логических каналов и блок управления режимами работы установки [39, 40].

Спектрометрические каналы (СК) установки комплектовались усилителями (тип 17.34) и 4096-канальными АЦП-161.10 в стандарте КАМАК (разработка ПИЯФ РАН). СК имели следующие параметры: интегральная нелинейность 0.03%, температурная и временная нестабильность, соответственно, 0.1 кан./С и 0.04 кан./час, максимальная загрузочная способность 105 с"1.

Энергетическая калибровка спектрометрических каналов проводилась с помощью образцовых а-источников [41] и генератора импульсов точной амплитуды (ГИТА, погрешность 10"5). При калибровке учитывались потери энергии а-частиц в толщине источника и входных окнах детекторов. Энергетическое разрешение СК в экспериментальных условиях 70 кэВ. Контроль линейности и стабильности спектрометрических каналов осуществлялся с помощью ГИТА. Управление амплитудой импульсов ГИТА обеспечивалось 20-ти разрядным цифро-аналоговым преобразователем по магистрали КАМАК. Система давала возможность контролировать всю спектрометрическую электронику, начиная с входа предварительных усилителей. По ширине генераторных пиков контролировалось разрешение СК, включая шумы детекторов. Стабильность коэффициента преобразования и «нуля» спектрометрических каналов измерялась по четырем реперным пикам ГИТА в течение 30 мин. Контроль линейности осуществлялся по 15 пикам в начале и конце цикла измерений.

Каналы быстрой электроники были собраны на основе быстрых усилителей ORTEC 474, пороговых формирователей с точной временной привязкой TENELEC TC455 и схем совпадений фирмы ORTEC. Сигналы от логических каналов служили для организации триггера запуска.

Триггер запуска на срабатывание АЦП вырабатывался логической электроникой предварительного отбора событий. Основным триггером для каждого телескопа являлись совпадения (Детектор1Детектор2) или (Детектор2Детектор3). Эти три детектора обеспечивали отбор для всех частиц во всем диапазоне энергий.

Временное разрешение спектрометрического тракта определялось длительностью ворот АЦП и составляло 2.5 мкс. Разрешающее время схем составляло 20 нс.

Контроль работы быстрой логической электроники осуществлялся с помощью системы счетчиков, подсчитывающей число срабатываний логических элементов. Система сбора информации состояла из ЭВМ, микропрограммного бранч-драйвера (MBD) и двух крейт-контроллеров. MBD осуществлял управление работой установки и сбор информации от АЦП, регистров и счетчиков.

Энергия частиц, зарегистрированных телескопами, определялась двумя способами. Для частиц, останавливающихся в чувствительном объеме одного из детекторов (случай «полного поглощения»), суммировались потери энергии в этом и всех предшествующих детекторах телескопа. При этом учитывался вклад от потерь энергии в «мертвых» слоях каждого из детекторов и мишени, определяемый по средним ионизационным потерям. Для частиц, останавливающихся в «мертвом» слое одного из детекторов (случай «напролет»), по зависимости средних ионизационных потерь от энергии определялась энергия частицы при входе в последний детектор, для которого энергопотери отличны от нуля. Далее переход к начальной энергии определялся аналогично случаю «полного поглощения». Следует отметить, что средние ионизационные потери зависят от сорта частиц, поэтому их идентификация необходима уже на этапе определения энергии. Идентификация частиц и отбраковка событий с нарушением ионизационной зависимости потерь энергии осуществлялись с помощью критерия х2 с функционалом следующего вида [42]: Ґ л 2 X = 7 X =7 —-экс\" (1) і экс J ї=1 ї=1 где ARj - толщина /-го п.п.д., АЯ?,экс - толщина /-го п.п.д., определяемая по измерениям сбросов энергии и пробежной кривой (зависимости среднего пробега частицы от начальной энергии - R(E)), J(RI экс) - соответствующая ошибка измерений, п+1 -количество детекторов, в которых зарегистрированы энергетические сбросы. Для случая полного поглощения ARjэкс определяется из соотношения: n+1 n+1 (2) ARi экс = R; ПАЕj -Ri+1 1AEj V / J \i+ J где Rj - средний пробег частицы, начиная с точки входа в /-й детектор, зависящий от суммы сбросов энергии в детекторах (ЛЕ/ - зарегистрированный сброс энергии в у -ом п.п.д. с учетом поправки на потери в «мертвом» слое).

Следует отметить, что в функционал (1) входят величины, имеющие нормальные распределения [42], что позволяет использовать численные оценки по критерию %2. Отбираются события, для которых X2 Хд (3) 2 - теоретическое значение 2 для 95% уровня значимости.

Разрешение в измерениях спектров недостающих масс

В области энергий возбуждения ниже порога распада 6He на два тритона Еthr = 12.3 МэВ основной вклад в нерезонансный фон вносит канал рt(5He+n). На рисунке 19 особенность на кривой 2 при ММ 13 МэВ связана с открытием канала рt(t+t). В области Eх 12.3 МэВ каналы рt(5He+n) и рt(t+t) вносят сопоставимый вклад.

Экспериментальные данные для реакции 10B(-,dd)Х (рисунок 20) имеют наименьшую статистическую обеспеченность. Как и в случае канала 10B(-,pt)6He основное состояние сильно подавлено по сравнению с первым возбужденным. В спектре обнаружено впервые состояние с Eх = 3.4 МэВ, Г = 3.5 МэВ [22-24, 28, 29]. Других уровней в этом канале реакции не наблюдается. Параметры обнаруженного состояния с Eх = 3.4 МэВ, согласуются с соответствующими параметрами вторых возбужденных состояний для каналов 11B(-,dt)6He и 10B(-,pt)6He. В области ММ от 22 до 33 МэВ экспериментальные точки систематически лежат выше суммарного описания спектра. Распределения по фазовому объему не могут в полной мере воспроизвести этот участок спектра, что, вероятно, свидетельствует о существовании в этой области энергий возбуждения одного или нескольких состояний 6He.

Канал dd(5He+n) вносит наибольший вклад в нерезонансный фон во всей рассматриваемой области спектра. Вклад канала dd(t+t) относительно невелик, поэтому особенность кривой 2 при ММ 13 МэВ на рисунке 20 не так ярко выражена как на рисунке 19.

В теоретических расчетах спектра низких возбуждений 6Не это ядро часто рассматривается как трехчастичная система +n+n. Высоковозбужденные состояния 6Не, лежащие выше порога распада на два тритона Еthr = 12.3 МэВ, могут иметь другую кластерную структуру. В работе [71] предсказывается существование в ядрах 6Не, 6Li и 6Bе высоковозбужденных состояний, которые являются резонансами в системе двух трехнуклонных кластеров. В частности, для ядра 6Не возможно образование дитритонов – резонансных состояний 6Не, распадающихся преимущественно на два тритона. Идентификация этих состояний может быть основана на определении мод распада.

В работе предложен и реализован новый метод поиска и определения параметров резонансов в системе двух тритонов в канале реакции 9Bе(-,tt)X [25]. Резонансные параметры 6He извлекаются из спектра ММ к одной из зарегистрированных частиц (t1). Регистрация второго тритона (t2) позволяет выделить каналы образования состояний 6Не, которые распадаются на два тритона: % + 9Ве -» ti + 6Не -» ti + (t2t3).

Сначала обратимся к каналу реакции 9Ве(7г Д)Х. На рисунке 21 представлен спектр ММ к зарегистрированному тритону. Хорошо выделяются пики, связанные с образованием 6Не в основном и первом возбужденном состояниях, что позволяет выполнить абсолютную привязку шкалы с точностью лучшей 0.1 МэВ. Видно, что быстрорастущий нерезонансный фон затрудняет поиск возбужденных состояний изотопа 6Не в этом канале реакции. По этой причине в настоящей работе исследование изотопов 6,7Не проводилось только в корреляционных данных.

Диаграмма Далица (рисунок 22) демонстрирует надежное выделение каналов реакции с образованием трех тритонов. Краткое описание диаграмм Далица можно найти в приложение 3. По осям Ец и Е& отложены кинетические энергии тритонов, измеренные двумя телескопами. В силу геометрии эксперимента трехчастичный канал 9Be(7r ,tt)t на диаграмме Далица проявляется только вблизи кинематической границы. Важно отметить отсутствие в этой области физического фона, обусловленного многочастичными (п 4) каналами реакции, что объясняется большой величиной энергии отделения нейтрона от тритона Sn 7 МэВ. Следует отметить, что в силу тождественности регистрируемых частиц диаграмма Далица симметрична относительно прямой Еti = Е\2 Рисунок 21. Спектр ММ для реакции 9Ве(7г Д)Х.

1. квазисвободное поглощение на внутриядерном кластере 6Li (6Li + TZ -» t + t), при этом оставшийся тритон (“спектатор”) не принимает непосредственного участия в реакции и его энергия в конечном состоянии определяется внутриядерным ферми-движением. На диаграмме Далица (рисунок 22) такие события соответствуют области 1, для которой Еd Е\2- Тритоны-“спектаторы” не регистрируются спектрометром из-за низкой энергии;

2. некогерентные вторичные взаимодействия, которые приводят к распределению по фазовому объему. Такие события соответствуют однородному распределению вдоль кинематической границы на диаграмме Далица;

3. взаимодействие частиц в конечном состоянии, когда два тритона образуют резонансное состояние. Такие события при резонансной энергии Ег 0 МэВ (Ех = 12.305 МэВ) должны проявляться в областях 2 на диаграмме Далица (рисунок 22), соответствующей Еd Еt2/4 и Е& Е /4 (для импульсов - pti Pt2/2 и pt2 Pti/2). С увеличением энергии возбуждения 6Не значения энергии регистрируемых тритонов сближаются.

На рисунке 23 представлен спектр ММ к одному из зарегистрированных тритонов из реакции 9Be(7r",tt)t. Отчетливо проявляется резонансная структура спектра, обусловленная двухчастичными каналами реакции с образованием возбужденных состояний 6Не, лежащими выше порога распада на два тритона. Необходимо отметить следующую особенность представленного спектра. В реакции % + 9Ве -»t-i + 6Не -»ti + (t2t3) спектрометр регистрирует как тритоны ti сопровождающие образование 6Не так и тритоны І2, h от распада исследуемых состояний 6Не .

Поиск возбужденных состояний 6Не в реакциях поглощения --мезонов

В трех работах [82-84] были получены указания на существование возбужденного состояния 7He в области Eх 1 МэВ. Этому уровню авторы приписали квантовые числа J = 1/2-. Столь низкая энергия возбуждения явилась вызовом ядерным моделям, так как теоретические расчеты ядра 7He [69, 85-87] предсказывали положение этого уровня при существенно более высоких энергиях Eх 2.7 МэВ. Наиболее отчетливо усиление в области Eх 1 МэВ наблюдалось в реакции фрагментации 8Не на мишени 12С при энергии пучка 227А МэВ [82]. Однако в повторном эксперименте на мишени из жидкого водорода, выполненном авторами работы [82], подобный эффект не наблюдался [77]. Авторы указали на две возможные причины усиления спектра в области Eх 1 МэВ в работе [82] – многократное рассеяние ядер 8Не и фрагментацию ядер углерода. Эти процессы могут вызвать искажения спектра, имитирующие низколежащее возбужденное состояние.

Экспериментальные данные для реакций р(8He,d)7He при энергии пучка 15.7А МэВ [83] и 7Li(d,2He)7He при Ed = 171 МэВ [84] имеют относительно невысокую статистическую обеспеченность. При этом в работе [83] не указан вид распределения Брейт-Вигнера, использованного для описания основного состояния. Пороговое распределение Брейт-Вигнера [88] имеет хвост в сторону высоких энергий, который может отчасти объяснить избыток событий в области энергий возбуждения Eх 2 МэВ. В работе [84] получено указание на возбужденное состояние 7Не при Eх 1.45 МэВ. Следует отметить, что для описания спектра авторы вводят найденное в работе [81] состояние с параметрами Eх = 5.8 МэВ, Г = 4 МэВ, которое вносит заметный вклад в область Eх 1.45 МэВ. Однако существование этого уровня не было подтверждено ни в одном другом эксперименте. Поэтому интерпретацию экспериментальных данных работы [84], предложенную авторами, нельзя считать однозначной. Таким образом вопрос о существовании возбужденного состояния 7He в области Eх 1 МэВ остается открытым.

В работах [89, 90] для изучения 7Не выбраны реакции, обладающие ярко выраженной селективностью. В канале d(6Не,р)7Не преимущественно заселяются основное и 1/2- состояния, тогда как в реакции d(8Li,3Не)7Не основное и 5/2- состояния. Регистрация изотопов гелия 4,6Не на совпадение соответственно с протонами и 3Не позволяет идентифицировать наблюдаемые уровни. В реакции d(6Не,р)7Не при энергии пучка 69 МэВ состояние Eх 2.6 МэВ, Г 2.0 МэВ наблюдается в совпадении с 6Не, что свидетельствует в пользу X = 1/2" [89]. В канале d(8Li,3Не)7Не при энергии пучка 76 МэВ [90] резонансная структура в области Ех « 3.0 МэВ проявляется в спектре, измеренном на совпадение с 4Не, что служит указанием на квантовые числа X = 5/2". Это состояние лежит несколько выше уровня с X = 1/2". В этих реакциях не было получено указаний на возбужденное состояние 7Не в области Ех 1 МэВ. Следует отметить, что во всех экспериментах одновременно наблюдалось не более двух низколежащих возбужденных состояний 7Не.

Высоковозбужденные (Ех 10 МэВ) состояния 7Не наблюдались только вблизи Ех = 18 МэВ. В реакции 7Li(n,p)7Не при Еп = 60 МэВ [91] было обнаружено усиление спектра в области Ех 20 МэВ с шириной 9 МэВ, которое авторы связывают с возбуждением гигантского дипольного резонанса. В реакции 7І_і(7Ц7Ве)7Не при энергии пучка 65А МэВ найдено широкое состояние Ех = 18.0 ± 1.5 МэВ, Г = 12 ± 2 МэВ, которое авторы интерпретируют как дипольное возбуждение -кора [92]. Наконец, в реакции 7Li(d,2Не)7Не при Ed = 171 МэВ наблюдалось состояние Ех = 18.0 МэВ, Г 8 МэВ [52]. Возможно в работах [52, 91, 92] проявляется одно и то же высоковозбужденное состояние 7Не.

Структура уровней 7Не определялась в рамках следующих теоретических моделей: классическая оболочечная модель [85], метод резонирующих групп [86], оболочечная модель без учета кора [87] и вариационный метод Монте-Карло [69]. Результаты представлены в таблице 9. Все предсказанные уровни лежат в области энергий возбуждения Ех 10 МэВ. Полученные результаты хорошо согласуются между собой. Во всех моделях предсказывается одинаковый порядок следования состояний: X = 3/2" (основное состояние), 1/2", 5/2", 3/2". Также возможно существование еще одного широкого 3/2" состояния. Исключение составляет работа [86], в которой фазовые сдвиги проявляют резонансное поведение только в 3/2- (основное состояние), 1/2- и 5/2- каналах. Первое возбужденное состояние находится в диапазоне 2.3 2.9 МэВ.

Поиск возбужденных состояний 7Не в реакциях поглощения --мезонов

При более высоких энергиях возбуждения обнаружены два новых уровня с параметрами Ех = 20.7 МэВ, Г « 1.3 МэВ и Ех = 24.4 МэВ, Г « 4.5 МэВ [20, 23, 24, 26, 27]. В описание также включено состояние Ех = 16 МэВ, Г « 1.0 МэВ, которое, возможно, соответствует уровню с Ех = 17 МэВ, обнаруженному в канале 11B(7r",dd)7He.

В области ММ 10 МэВ нерезонансный фон реакции 10B(7r",pd)X определяется каналом pd(6He+n). С ростом энергии возбуждения увеличивается вклад канала pd(5He+n+n). В области высоких энергий возбуждения (ММ 23 МэВ) этот канал вносит основной вклад в нерезонансный фон. 3.2.2. Анализ результатов

Во всех трех каналах реакции 11B(-,pt)7He, 11B(-,dd)7He и 10B(-,рd)7He отчетливо проявляется основное состояние 7He. Средневзвешенное значение резонансной энергии составляет Er0 = 0.37 ± 0.10 МэВ. Неопределенность в абсолютной привязке шкалы не позволяет добиться более высокой точности определения этой величины.

В экспериментальных спектрах обнаружено три новых узких низколежащих состояния 7He. Средневзвешенные значения энергий возбуждения по трем каналам реакции составляют 3.1 ± 0.1, 4.9 ± 0.2 и 6.7 ± 0.2 МэВ. Суперпозиция двух первых состояний может воспроизвести уровень, найденный в работах [80] и [81]. Широкие структуры, наблюдаемые в этом диапазоне энергий возбуждения в работах [81] и [84], также можно объяснить наложением найденных в настоящей работе уровней.

Реакции поглощения пионов не проявляют ярко выраженной селективности, что затрудняет определение квантовых чисел для найденных состояний. Однако тот факт, что большинство теоретических работ предсказывает в области энергий возбуждения Eх 10 МэВ три возбужденных уровня следующих в одном и том же порядке, позволяет предположить, что наиболее вероятными значениями квантовых чисел для наблюдаемых состояний являются J = 3/2- (основное состояние), 1/2-, 5/2-, 3/2-.

Для описания экспериментальных спектров не потребовалось вводить возбужденные состояния 7He с энергией возбуждения меньше чем 2.5 МэВ. Тем не менее для проверки гипотезы о существовании состояния 7Не с аномально низкой энергией возбуждения было выполнено альтернативное описание экспериментальных спектров, которое включает найденный в работе [82] уровень с параметрами Eх = 0.55 МэВ, Г = 0.75 МэВ. В условиях настоящего эксперимента это состояние сливается с основным. Верхняя граница для вклада состояния при Eх = 0.55 МэВ в суммарную структуру составляет 15% для реакции 11B(-,pt)7He, 10% для реакции 10B(-,рd)7He и 5% для реакции 11B(7r ,dd)7He. Таким образом, результаты измерений не подтверждают существование состояния с энергией возбуждения Ех 1 МэВ.

В области энергий возбуждения Ех 10 МэВ во всех трех каналах найдены новые состояния вблизи Ех = 20 МэВ и Ех = 25 МэВ. Средневзвешенные значения параметров составляют Ех = 19.8 ± 0.3, Г « 1.5 и Ех = 24.8 ± 0.4, Г « 4.6 МэВ. Также получены указания на новый резонанс вблизи Ех = 17 МэВ. Следует отметить, что найденные в настоящей работе три высоковозбужденных состояния 7Не в других экспериментах в случае низкого разрешения могут сливаться в одну структуру при Ех 20 МэВ с шириной 10 МэВ.

Как отмечалось выше состояния 7Не можно представить как систему из основного или возбужденного состояния 6Не и нейтрона. В настоящей работе найден достаточно узкий резонанс в системе двух тритонов Ех = 15.8 МэВ, Г « 1 МэВ (см. главу 2). Соответствующее состояние 7Не, имеющее кластерную конфигурацию t + t + п, может находиться в области Ех = 16 19 МэВ, где в каналах 11B(7r",dd)7He и 10B(7r",рd)7He проявляются пики с Г 1 МэВ. Для корректного определения характеристик этого состояния необходима существенно более высокая статистическая обеспеченность данных.

Спектр возбуждений ядра 7Не изучался в трех каналах реакции 11B(7r ,pt)7He, 11B(7r",dd)7He и 10B(7Tf,рd)7He . Впервые в рамках одного эксперимента обнаружены три узких низколежащих возбужденных состояния 7Не. Результаты, полученные в различных каналах реакции, не противоречат друг другу. Энергии возбуждения этих узких (Г 0.5 МэВ) состояний равны соответственно 3.1 ± 0.1, 4.9 ± 0.2 и 6.7 ± 0.2 МэВ [20, 21, 23, 24, 26, 27]. Исходя из последних теоретических расчетов, обнаруженным возбужденным состояниям можно приписать квантовые числа 1/2", 5/2" и 3/2" соответственно. Все структуры, наблюдаемые в других экспериментах в диапазоне 2 МэВ Ех 10 МэВ, могут быть объяснены суперпозицией трех найденных состояний.

В экспериментальных данных не было обнаружено уровня с аномально низкой энергией возбуждения Ех « 1 МэВ, о котором заявляют в трех недавних работах [82-84].

В области более высоких энергий возбуждения во всех трех спектрах впервые обнаружены состояния с параметрами Ех = 19.8 ± 0.3, Г « 1.5 и Ех = 24.8 ± 0.4, Г « 4.6 МэВ [20, 23, 24, 26, 27]. В каналах реакции 11B(7r",dd)7He и 10B(7r",рd)7He получены указания на уровень в области Ех 17 МэВ