High-Resolution Measurement of the 4He(g,n) Reaction in the Giant Resonance Region

Abstract: Popular Abstract in Swedish Kärnan kan ses som en samling nukleoner vilka hålls samman av den starka kraften. Nukleonerna är protoner (p) med laddning +1 och neutroner (n) med laddning 0. Kraften kan beskrivas som ett utbyte av mesoner såsom pioner (pi) vilka förekommer i tre laddningstillstånd pi+, pi- och pi0 (laddning +1, -1 och 0). Inuti kärnan rör sig nukleonerna och utbytesmesonerna vilket ger upphov till strömmar. Fotoner, vilka är ljuspartiklar, med mycket kort våglängd och därmed hög energi, växelverkar med strömmar och laddningar i kärnan. Beroende på fotonens våglängd sker växelverkan med antingen hela kärnan (fotonenergi Eg ~ 25 MeV), kluster i kärnan (Eg ~ 50-100 MeV) eller enstaka nukleoner (Eg ~ 150 MeV). Sannolikheten för att fotoner skall växelverka med kärnan varierar med energin och för lätta kärnor har tvärsnittet ett maximum kring 25 MeV. Då fotonen absorberas tillförs kärnan energi vilken kan frigöras genom att emittera nukleoner eller kluster. Den lägsta energitillförseln för att emittera t ex en neutron, tröskeln för reaktionen, varierar från kärna till kärna. I denna avhandling har kärnan 4He använts som strålmål och reaktionen 4He(g,n) studerats i energiområdet 20 MeV (tröskeln) till 45 MeV. Äldre mätningar av detta tvärsnitt har resulterat i värden kring 26 MeV som varierar mellan ca 1 och 2 mb. I föreliggande studie, som är den första att använda monoenergetiska fotoner (fotoner med känd energi) i detta energiområde, bestäms tvärsnittet vid 27 MeV till 1,9 mb. Detta värde stämmer väl med motsvarande tvärsnitt för att emittera en proton istället för en neutron. Detta förhållande förväntas om kraften mellan nukleonerna är laddningsoberoende. Resultatet av föreliggande experiment, som har utförts vid MAX-laboratoriet i Lund, stämmer väl med moderna teoretiska beräkningar för lätta kärnor. Förutom totala tvärsnittet har tvärsnittet som funktion av emissionsvinkel (differentiellt tvärsnitt) bestämts vilket ger ytterligare upplysningar om reaktionen.