Authors:	Ilieva, Stoyanka
Title:	Investigation of the nuclear matter density distributions of the exotic 12 Be, 14 Be and 8 B nuclei by elastic proton scattering in inverse kinematics
Online publication date:	18-Feb-2009
Year of first publication:	2009
Language:	english
Abstract:	The proton-nucleus elastic scattering at intermediate energies is a well-established method for the investigation of the nuclear matter distribution in stable nuclei and was recently applied also for the investigation of radioactive nuclei using the method of inverse kinematics. In the current experiment, the differential cross sections for proton elastic scattering on the isotopes $^{7,9,10,11,12,14}$Be and $^8$B were measured. The experiment was performed using the fragment separator at GSI, Darmstadt to produce the radioactive beams. The main part of the experimental setup was the time projection ionization chamber IKAR which was simultaneously used as hydrogen target and a detector for the recoil protons. Auxiliary detectors for projectile tracking and isotope identification were also installed. As results from the experiment, the absolute differential cross sections d$sigma$/d$t$ as a function of the four momentum transfer $t$ were obtained. In this work the differential cross sections for elastic p-$^{12}$Be, p-$^{14}$Be and p-$^{8}$B scattering at low $t$ ($t leq$~0.05~(GeV/c)$^2$) are presented. The measured cross sections were analyzed within the Glauber multiple-scattering theory using different density parameterizations, and the nuclear matter density distributions and radii of the investigated isotopes were determined. The analysis of the differential cross section for the isotope $^{14}$Be shows that a good description of the experimental data is obtained when density distributions consisting of separate core and halo components are used. The determined {it rms} matter radius is $3.11 pm 0.04 pm 0.13$~fm. In the case of the $^{12}$Be nucleus the results showed an extended matter distribution as well. For this nucleus a matter radius of $2.82 pm 0.03 pm 0.12$~fm was determined. An interesting result is that the free $^{12}$Be nucleus behaves differently from the core of $^{14}$Be and is much more extended than it. The data were also compared with theoretical densities calculated within the FMD and the few-body models. In the case of $^{14}$Be, the calculated cross sections describe the experimental data well while, in the case of $^{12}$Be there are discrepancies in the region of high momentum transfer. Preliminary experimental results for the isotope $^8$B are also presented. An extended matter distribution was obtained (though much more compact as compared to the neutron halos). A proton halo structure was observed for the first time with the proton elastic scattering method. The deduced matter radius is $2.60pm 0.02pm 0.26$~fm. The data were compared with microscopic calculations in the frame of the FMD model and reasonable agreement was observed. The results obtained in the present analysis are in most cases consistent with the previous experimental studies of the same isotopes with different experimental methods (total interaction and reaction cross section measurements, momentum distribution measurements). For future investigation of the structure of exotic nuclei a universal detector system EXL is being developed. It will be installed at the NESR at the future FAIR facility where higher intensity beams of radioactive ions are expected. The usage of storage ring techniques provides high luminosity and low background experimental conditions. Results from the feasibility studies of the EXL detector setup, performed at the present ESR storage ring, are presented. Die elastische Proton-Kern Streuung bei intermedi"aren Energien ist eine gut etablierte Methode für die Untersuchung der nuklearen Dichteverteilungen in stabilen Kernen und wurde in letzter Zeit auch für die Untersuchung von radioaktiven Kernen mit der Methode der inversen Kinematik benutzt. In dem aktuellen Experiment wurden die absoluten differentiellen Wirkungsquerschnitte für elastische Proton-Streuung an den Isotopen $^{7,9,10,11,12,14}$Be und $^8$B gemessen. Das Experiment wurde an der Beschleunigeranlage GSI, Darmstadt durchgef"uhrt. Mit Hilfe des Fragment-Separators~(FRS) wurden die radioaktiven Strahlen produziert. Wesentlicher Teil des Versuchsaufbaus war die wasserstoffgef"ullte Ionisationskammer IKAR, die gleichzeitig als Wasserstoff-Target und Detektor f"ur die Rücksto{ss}-Protonen benutzt wurde. Weiterhin wurden Hilfsdetektoren f"ur Projektil-Tracking und Isotop-Identifizierung benutzt. Aus den Rohdaten wurden die absoluten differentiellen Wirkungsquerschnitte d$sigma$/d$t$ als Funktion des Quadrats des Impuls"ubertrags $t$ extrahiert. In der vorgelegten Arbeit werden die Wirkungsquerschnitte f"ur elastische p-$^{12}$Be, p-$^{14}$Be und p-$^{8}$B Streuung bei niedrigem $t$ ($tleq$~0.05~(GeV/c)$^2$) vorgestellt. Die gemessenen Wirkungsquerschnitte wurden mit Hilfe der Glauber-Theorie unter Verwendung verschiedener Parametrisierungen f"ur die Dichteverteilungen analysiert. Eine gute Beschreibung der experimentellen Daten wurde f"ur das Isotop $^{14}$Be erzielt, wenn Dichteverteilungen bestehend aus getrennten Core- und Halo-Komponen-newline ten verwendet wurden. Der Kernradius von $^{14}$Be wurde zu $R_m=3.11 pm 0.04 pm 0.13$~fm bestimmt. Im Fall von $^{12}$Be geben die Ergebnisse ebenfalls Evidenz f"ur eine ausgedehnte Dichteverteilung. Der Radius dieses Kern wurde zu $R_m=2.82pm 0.03 pm 0.12$~fm bestimmt. Der Vergleich eines freien $^{12}$Be Kerns und dem Core von $^{14}$Be zeigt, dass diese unterschiedliche Strukturen haben. Weiterhin wurden die experimentellen Daten mit Wirkungsquerschnitten, berechnet auf der Basis von theoretischen Dichteverteilungen, verglichen. Dichteverteilungen berechnet innerhalb der FMD- und der few-body-Modelle wurden benutzt. Die theoretischen Vorhersagen geben eine relativ gute Beschreibung der experimentellen Ergebnisse. Vorl"aufige experimentelle Ergebnisse f"ur das Isotop $^8$B wurden ebenfalls vorgestellt. Die Daten geben Evidenz f"ur eine erweiterte Dichteverteilung. Zudem wurde eine Proton-Halo Struktur zum ersten Mal mit der Methode der elastischen Proton Streuung beobachtet. Der Radius von $^8$B ist $2.60pm 0.02pm 0.26$~fm. Die Daten wurden mit FMD Rechnungen verglichen. Die $^{12,14}$Be und $^8$B Kerne wurden vorher mit verschiedenen experimentelle Methoden untersucht. Die Ergebnisse in der vorliegenden Untersuchung stehen zum gro{ss}en Teil im Einklang mit Ergebnissen der vorherigen Untersuchungen. Das zuk"unftige FAIR Projekt bietet wesentlich bessere Bedingungen f"ur die Untersuchung von radioaktiven Isotopen. Im Rahmen des EXL-Projekts wird ein neues universelles Detektor-System f"ur die Untersuchung der exotischen Kerne mit verschiedenen Reaktionen aufgebaut. Der EXL Detektor-Setup wird in Zukunft am neuen Speicherring NESR installiert. Die Verwendung von Speicherring-Techniken erm"oglicht die Durchf"uhrung von hochaufl"osenden Experimenten mit hoher Luminosit"at und geringem Untergrund. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Machbarkeitsstudie f"ur den EXL-Setup durchgef"uhrt.
DDC:	530 Physik 530 Physics
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 08 Physik, Mathematik u. Informatik
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-3264
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-18903
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Appears in collections:	JGU-Publikationen