Gamow-teller geçişlerinde gözlenen kesikli ve rezonans yapılar
Discrete and resonance structures observed in gamow-teller transitions
Yazar: HATİCE CANDAN KÖZER
Danışman: PROF. DR. YOSHİTAKA FUJİTA ; YRD. DOÇ. ELA GANİOĞLU
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Nükleer Fizik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Gamow-Teller geçişleri önemli zayıf süreçlerden biridir ve beta bozunumlarında gözlenir. Bu geçişler spin-izospin döndürme operatörü ??± ile temsil edilir ve ?L=0, ?S=1 olarak karakterize edilirler. Nükleer yapı, astrofizik ve nötrino fiziğini anlamak için GT geçişlerinin B(GT) indirgenmiş geçiş güçlerini bilmek önemlidir. B(GT) ile ilgili doğrudan bilgi ß± bozunum çalışmalarından elde edilir fakat ulaşılabilen uyarılma enerjileri Q değeri ile sınırlandırılır. GT geçişleri aynı zamanda orta enerjilerde gerçekleştirilen (p,n) ve (n,p) benzeri hadron yük değişim reaksiyonları aracılığıyla da çalışılmaktadır. Geçmişte yapılan (p,n) reaksiyonlarında erişilen enerji rezolüsyonu 200-300 keV mertebesindeydi. Yüksek enerji elde etmedeki zorluk, bu tez kapsamında gerçekleştirilen (3He,t) reaksiyonları ile ortadan kaldırılmıştır.B(GT±) değerleri ve tesir kesitleri arasındaki yakın orantılılıktan yararlanılarak 0° saçılma açısında ve 140 MeV/nükleon hüzme enerjisi ile gerçekleşen (3He,t) reaksiyonları ile GT geçiş güçleri incelenebilir. Elde edilen ?standart? B(GT±) değeri kullanılarak GT±) birim tesir kesiti elde edilebilir. Bu nedenle yüksek uyarılma enerjilerine olan geçişlerden B(GT±) değerleri ölçülen tesir kesitlerinden bu orantılılık kullanılarak elde edilebilir. GT- dağılımlarını detaylı çalışabilmek için Osaka'da bulunan Nükleer Fizik Araştırma Merkezi'nde (3He,t) deneyleri gerçekleştirilmektedir. Hüzme eşleştirme teknikleri ile yüksek enerji ve saçılma açısı rezolüsyonlarına ulaşılmıştır.Gamow-Teller geçişlerinin Zr izotopları ile çalışılması nötron g9/2 orbitinin dolu, proton g9/2 orbitinin boş olması nedeniyle ilginçtir. Bu nedenle, bütün kararlı Zr izotoplarından GT geçişlerinin çalışılması amacıyla uzun vadede çalışmalarımız bulunmaktadır. 90Zr çekirdeği 40 proton 50 nötrona sahiptir. N=50 nötron sayısı sihirli sayıdır ve Z=40'da ise yarı-sihirli sayı yapısı gözlenmesi beklenmektedir. 90Zr'dan GT geçişlerine katkı ?g9/2??g9/2, ?g9/2??g7/2 geçişlerinden gelmesi beklenmektedir. Bu tezde T=6 92Zr küresel çekirdeğinden T=5 92Nb çekirdeğine olan GT geçişleri üzerine çalışılmıştır. 92Zr çekirdeği fazla iki tane nötron içerdiğinden ?g9/2??g9/2, ?g9/2??g7/2, ?g7/2??g9/2, ?g7/2??g7/2 konfigürasyonların görülmesi beklenir. Bizim ilgilendiğimiz kısım 90Zr'ın N=50 kapalı kabuğuna nötron eklendiğinde nükleer yapının nasıl değiştiğidir. Bu nedenle Nükleer Fizik Araştırma Merkezi-RCNP'de 0° saçılma açısında 140 MeV/nükleon 92Zr(3He,t)92Nb reaksiyon deneyi gerçekleştirilmiştir. 30 keV'lik yüksek enerji rezolüsyonuna ulaşılmıştır. 0-0.5, 0.5-0.8, 0.8-1.2, 1.2-1.6, 1.6-2.0 açı bölgeleri için enerji spektrumları elde edilmiştir. 7 MeV'e kadar kesikli seviyeler gözlenmiş ve GT rezonans bölgesi 10-15 MeV bölgesinde gözlenmiştir. Bu hedef çekirdekteki B(GT-) değerlerinin elde edilmesinde 92 kütle numarası için R2 değerleri adı verilen sistem kullanılmıştır. B(GT) değerlerinin geçiş dağılımları sunulmuştur.

Abstract:
Gamow-Teller (GT) transitions are one of the important weak processes and they are observed in ß decays. They are caused by the spin-isospin flip operator ??± and charactarized by ?L=0 and ?S=1. It is important to know the reduced transition strength B(GT) of GT transitions for the understanding of nuclear structure, astrophysics and neutrino physics. The most direct information is obtained by a ß± decay study, but accessible excitation energies are limited by the decay Q values. The GT transitions are also studied in hadron charge-exchange reactions (CE) such as (p,n) and (n,p) reactions performed at intermediate energies. The CE reaction can access GT± transitions at higher energies. In the (p, n) reactions performed in the past, the achieved energy resolution was of the order of 200-300 keV. The difficulty to realize high energy resolution has been overcome by the use of (3He,t) reactions.It was shown that (3He,t) reactions at scattering angle 0° and at intermediate incident energy of 140 MeV/nucleon are good probes of GT transition strengths owing to the close proportionality between the cross sections and the B(GT±) values. Once the "standard" B(GT±) value is obtained from a ß-decay study, the unit cross section GT±) can be derived. Therefore, B(GT±) values for the transitions to higher excitation energies can be determined from the measured cross sections. In order to study precise GT- strength distributions, (3He,t) experiments have been performed at the Research Center for Nuclear Physics (RCNP), Osaka. With the complete beam matching techniques, high energy and scattering-angle resolutions have been achieved.Studying Gamow-Teller transitions from isotopes of Zr are interesting since the neutron g9/2 orbit is occupied and proton g9/2 orbit is empty. Therefore, we have a long term project to study the GT transitions from all of the stable Zr isotopes. The nucleus Tz=5 90Zr has 40 protons and 50 neutrons, where N=50 is a magic number and at Z=40 a semi-magic structure is expected. From 90Zr, we can expect two configurations of ?g9/2??g9/2, ?g9/2??g7/2 contribute in the GT transitions. In this thesis GT- transitions from Tz=6 spherical nucleus 92Zr to Tz=5 92Nb nucleus were studied. Since 92Zr has two more neutrons we expect four configurations of ?g9/2??g9/2, ?g9/2??g7/2, ?g7/2??g9/2 and ?g7/2??g7/2. Our interest is how the nuclear structure develops when we add neutrons on top of N=50 shell closure of 90Zr. For this purpose 92Zr(3He,t)92Nb reaction experiment was performed at RCNP. A high resolution of 30 keV was achieved. For the 0-0.5, 0.5-0.8, 0.8-1.2, 1.2-1.6, 1.6-2.0 angle cuts energy spectra were obtained. Discrete states were observed up to 7 MeV and GT resonance structure was observed in the 10-15 MeV region. In deriving the B(GT-) values on this target nuclei, the systematics of so-called R2 values for mass 92 was used. Strength distribution of the deduced B(GT) values are presented.