Nosso grupo tem como linha de pesquisa a investigação de núcleos exóticos utilizando principalmente reações diretas tais como reações de transferência e breakup, além de medidas de espalhamento elástico e fusão. Recentemente estamos investigando reações nucleares utilizando feixes radioativos. Devido à baixa intensidade dos feixes secundários obtidos, quando comparados com os feixes primários, estamos dando ênfase a estudos de reações com secções de choque relativamente altas.
Nas medidas realizadas em São Paulo utilizamos o sistema de duplos solenóides, RIBRAS, para produzirmos o feixe secundário radioativo de interesse. Com esse sistema podemos fazer medidas de espalhamento elástico e inelástico (excitação Coulombiana), seção de choque de reação nuclear e fusão próximo e abaixo da barreira Coulombiana, quebra (“break-up”) nuclear e Coulombiano[1,2] e algumas reações de transferêNas ncia[3] que apresentam alta secção de choque.
Abaixo destacamos algumas das pesquisas que estamos realizando e/ou pretenddemos realizar:
i) Medidas de distribuições angulares do espalhamento elástico de núcleos exóticos em alvos estáveis leves (próton,deuteron) e pesados em energias próximas à barreira Coulombiana, permite o estudo do potencial de interação destes núcleos exóticos[4]. Em energias próximas à barreira Coulombiana, o fechamento dos canais de reação faz com que a parte imaginária do potencial de interação seja muito pequena. Neste caso, pode-se determinar o potencial de interação sem ambigüidades. O núcleo 6He apresenta uma distribuição de densidade anômala, com evidência de um halo de dois nêutrons e as medidas de espalhamento elástico a baixas energias, com sensibilidade a parâmetros de impacto grandes, podem dar importantes informações. A secção de choque do espalhamento elástico é suficientemente alta para medidas de distribuições angulares com feixe secundário com intensidade de ~104 pps para o 6He. Já realizamos medidas de espalhamento elástico de 6He em 27Al [5], 7Be + 51V [6] e 6He e 7Be em 120Sn cujos dados ainda estão sendo analisados. Com feixes mais intensos como o 8Li pode-se realizar medidas de distribuições angulares do espalhamento elástico em alvos mais leves tais como as medidas realizadas em Notre Dame [7,8]. A medida de funções de excitação integradas em ângulo é possível e permite um estudo de estados intermediários e ressonâncias nestes sistemas exóticos. Com medidas de espalhamento elástico podemos determinar a seção de choque total de reação. Essa informação é importante por exemplo para a determinação do raio nuclear e efeitos de halo de nêutrons e prótons.
ii) Medidas de espalhamento inelástico e a excitação Coulombiana e nuclear de núcleos exóticos em alvos pesados e leves, fornecem medidas dos elementos de matriz quadrupolar Coulombiano(E2) e nuclear e de outros modos de excitação como dipolo (E1) elétrico e magnético (M1). Um aspecto interessante é também a possibilidade de se produzir feixes de núcleos excitados em estados isoméricos de longa meia-vida. O estudo do espalhamento de feixes excitados pode apresentar novos fenômenos como o espalhamento inelástico com Q positivo e a re-aceleração do projétil [9]. Feixes em excitados interessanes seriam o 24Na e 22Na, que podem ser obtidos a partir de reações de transferência de prótons e deuterons em alvos de 25,24Mg [10]. Medidas de secção de choque de fusão com projéteis excitados são também interessantes pois há indicações de que pode haver um aumento considerável na secção de choque de fusão em baixas energias o que pode ter implicações na astrofísica.
iii) Estudo de ressonâncias em núcleos ricos em prótons, não-ligados. Em trabalhos que realizamos no Laboratório GANIL (Grand Accelerateur National d'Ions Lourds) em Caen, França, havíamos estudado a espectroscopia de núcleos ricos em prótons, como 10,11N, 9C, 15F [11,12,13]. Havíamos usado reações de transferência com feixes e alvos estáveis que tenham como produtos, o núcleo de interesse como recuo e um núcleo estável como ejectil. Mesmo no caso de núcleo de recuo não-ligado, além do “drip-line” (linha que separa os núcleos radioativos ligados que decaem por decaimento b, dos núcleos não ligados que emitem nucleons), foi possível observar picos no espectro de energia do ejectil estável caracterizando a presença de ressonâncias no núcleo de recuo. Foi possível desta forma determinar a energia e as larguras do estado fundamental e de estados excitados dos núcleos 10,11N, 9C, 15F. A observação destas ressonâncias, a determinação de suas energias, larguras e spins é muito importante para estudar a evolução do modelo de camadas na vizinhança e através do “drip-line”. Foi mostrado com estes estudos que o número mágico N=Z=8 entre as camadas p e sd , desaparece perto do “drip-line” de nêutrons e prótons, com o nível 2s1/2 estando abaixo do nível 1p1/2.
Uma outra maneira de produzir e estudar estes núcleos é através do espalhamento ressonante de feixes exóticos sobre alvo de prótons. Núcleos ricos em prótons e não ligados, como 11N e 15F estão sendo investigados usando o espalhamento elástico ressonante p(10C,p) e p(14O,p) de feixes como 10C e 14O sobre alvos de prótons (película de polietileno) [14] utilzando a técnica de thick target. O espectro de energia dos prótons fornece diretamente a função de excitação do processo ressonante, apresentando picos que correspondem a ressonâncias do sistema composto, não ligado. Este tipo de estudo poderá ser feito com grande vantagem com os nossos feixes exóticos de baixa energia.
Ainda em se tratanto da investigação da estrutura de núcleos exóticos rico em protons, uma reação que se mostrou bastante poderosa foi a reações de transferência de 3-neutrons (3He,6He). Com essa reação pudemos investigar a estrutura de núcleos exóticos ricos em prótons tais como 9C, 11N, 13O e 17Ne [15,16,17]. A utilização de reações de transferência pode ser interessante mesmo no estudo de núcleos estáveis como o 6Li pois pode favorecer a formação de estados quase moleculares em altas energias de excitação e que seriam inacessíveis a partir do espalhamento inelástico. Já iniciamos no Laboratório Pelletron o estudo experimental espectroscópico de núcleos com massa A=6, utilizando reações de transferência de poucos nucleons como 3He(7Li,a)6Li e 3He(6Li,a)5Li, utilizando alvo gasoso de 3He. Estas reações apresentam a vantagem de terem um valor bastante positivo de Q de reação, respectivamente, Q=13.32MeV e 14.91MeV favorecendo a população de estados muito excitados no 6Li e 5Li. Além disso, o ejétil é uma partícula alfa que não têm estados excitados em baixas energias simplificando bastante a análise dos espectros. Com a instalação dos solenóides, este estudo será estendido pois teremos à disposição feixes de núcleos instáveis. No estudo sistemático de núcleos de massa A=6 temos interesse também no núcleo não ligado 6Be. Na procura por ressonâncias nesse núcleo, com implicações diretas na problema dos neutrinos solares, medimos as reações d(8B,alpha)6Be [18], d(7Be,t)6Be e mais recentemente a reação 3He(7Be, alpha)6Be, cujos dados então em análise.
iv) Determinação de fatores S astrofísicos à partir de reações de transferência: as secções de choque de reações de captura de próton que têm interesse astrofísico, como por exemplo: 7Be(p,g)8B, d(a,g)6Li, 16O(p,g)17F e outras, são em geral difíceis de serem medidas devido à sua baixa secção de choque nas energias relevantes, que são da ordem de centenas de Kev. Entretanto, nestas baixas energias, a secção de choque de captura é determinada principalmente pela função de onda assintótica do estado ligado do próton no alvo. A dependência radial da função de onda do estado ligado é conhecida assintóticamente e apenas um fator de normalização deve ser determinado[27]. Este fator de normalização pode ser determinado a partir de medidas de secções de choque de reações de transferência em energias mais altas como por exemplo: 7Be(d,n)8B, 16O(d,n)17F utilizando-se a técnica Assymptotic Normalization Coefficients(ANC)[28,29,30]. A possibilidade de se utilizar reações com feixes exóticos amplia enormemente o espectro de reações e fatores espectrocópicos que podem ser determinados utilizando-se a técnica ANC. Nessa linha já realizamos trabalhos relacionados com a captura de neutrons e protons pelo 8Li utilizando as reações de transferência 9Be(8Li,9Li)8Be e 9Be(8Li,9Be)8Li.
v) Medidas de fusão de núcleos exóticos, com halo de nêutrons (6He) ou de prótons (8B), com núcleos estáveis. As medidas de fusão de núcleos estáveis pouco ligados (6,7Li, 9Be) com núcleos pesados (209Bi, 208Pb) [31], afetadas pelo processo de quebra do projétil, têm sido comparadas com as medidas de fusão de núcleos instáveis, pouco-ligados e com halo de nêutrons 6He e 11Be, também com núcleos pesados (209Bi, 208Pb, 238U) [32,33]. O objetivo é compreender o efeito da quebra e do halo nuclear na fusão. No entanto as medidas experimentais de fusão com núcleos instáveis e de halo ainda tem muitas incertezas experimentais, como por exemplo a inclusão (ou não) experimental da fusão incompleta. São medidas dificeis, com feixes pouco intensos (104 pps) e baixas seções de choque, principalmente na região de energias subcoulombianas, mas de interesse muito grande. Estamos em excelentes condições de realizar tais medidas, devido à baixa energia de nosso feixe de 6He, com intensidade bem competitiva.
vi) Medidas de Breakup. A seção de choque de breakup para núcleos fracamente ligados (como são os núcleos exóticos) é relativamente alta. Assim, podemos realizar esse tipo de medidas com feixes secundários radioativos. O estudo de fenômenos como o halo de nêutron em núcleos exóticos é possível também a partir de medidas do “break-up” de nêutrons. Os elementos de matriz de transição que governam o breakup Coulombiano são bastante sensíveis ‘a função de onda do estado fundamental do núcleo halo em grandes distâncias, sendo desta forma um sonda sensível à presença de um halo.
vii) O estudo da espectroscopia nuclear pode também ser favorecido pela possibilidade de se obter feixes de núcleos instáveis e que possam servir para produzir núcleos compostos inacessíveis com feixes estáveis. Além disso, o sistema de duplo solenóides pode ser utilizado como eficiente separador de produtos de reação. Neste caso, produtos de fusão podem ser focalizados e implantados em um alvo secundário permitindo um estudo do decaimento gama destes núcleos livre da radiação de fundo presente no alvo primário e no copo de Faraday. Em particular o estudo de estados isoméricos de alto K pode se fazer com grande vantagem usando os solenóides para transportar os núcleos residuais de interesse para longe do alvo primário e de radiação intensa ali presente. Além do estudo de núcleos instáveis, os solenóides poderão ser utilizados também como um poderoso separador de massa de recuo de alta aceitação angular para o estudo de processos no alvo primário como “deep-inelastic”, fusão incompleta e fragmentação, além de linhas mais tradicionais como fusão-evaporação e a espectroscopia nuclear envolvendo feixes estáveis.
Com o Acelerador Pelletron obtêmos atualmente feixes primários de energias de 3-5MeV/nucleon. Quando o pós-acelerador LINAC entrar em funcionamento a energia será aumentada para 10MeV/nucleon, com feixes mais pesados do que o carbono. Nesta faixa de energias mais altas, outros mecanismos de reação como a fusão incompleta, transferência de muitos nucleons, “deep-inelastic” e o início da fragmentação do projétil permitirão que possamos atingir núcleos mais longe da linha de estabilidade, ampliando o espectro de feixes secundários que estarão disponíveis, além de aumentar as intensidades dos já existentes. Com o LINAC haverá a possibilidade de se obter feixes primários mais pesados, como o flúor, magnésio, sódio e outros e poderemos fazer estudos com feixes exóticos na região da camada s-d. Isso abre perspectivas para uma região de massas e energias que não é acessível atualmente na linha Twinsol da Universidade de Notre Dame.
REFERÊNCIAS
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Bellaire, Michigan June 1998, proceedings Haamenlina, Finlandia july 2001
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Pedro Neto de Faria: Tese de Mestrado, IFUSP setembro. 2003
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AIP Conference Proceedings 884 ( 2007). p. 123-130.
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Physical Review C 67, (2003) 064601.
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V. Guimaraes, R. Kuramoto, R. Lichtenthaler, G. Amadio, E. Benjamim, P. N. de Faria, A. Lepine-Szily, G. F. Lima, J. J. Kolata, G. Rogachev, F. D. Becchetti, T. O'Donnell, Y. Chen, J. Hinnefeld, J. Lapton. Nuclear Physics A722, (2003) 341-346c.
