Study of Unbound Nuclei 33Ne via One-Proton Knockout Reactions

Abstract

The magicity of N=20 in the vicinity of Ne, Na, and Mg isotopes vanishes due to pf-shell intruder configuration, which is called island of inversion. In recent years, shell evolution of Ne isotopes in this region is emerging topic of interest. It is known that not only 30Ne but also 31,32Ne is included in the island of inversion. Although many studies about Ne isotopes have been conducted, there is no spectroscopic study of 33Ne. The experiment was carried out at the RIBF in RIKEN. The secondary beam of 34Na at 264 MeV/nucleon was provided by BigRIPS and impinged on the carbon reaction target. The unbound nuclei 33Ne was populated via one proton knock-out reaction of 34Na. The relative energy spectrum of 32Ne + n system was reconstructed by invariant mass method using the momentum vectors of the de- cay products. In the relative energy spectrum, two resonant peak were observed at Erel = 0.48(17), 1.42(17) MeV. In order to determine the energy level and spin- parity of 33Ne, the relative energy and one proton knock-out cross section of 33Ne were compared with the shell-model calculation, which considers the pf intruder configuration. The energy difference between the first peak and the second peak, 0.94(24) MeV, is consistent with E(2+), which was observed by the experiment for the γ-ray spectroscopic study of 32Ne. As the results, two resonant peaks were resulted from the decay from the ground state in 33Ne to the ground and excited states in 32Ne. From this result, the neutron separation energy of 33Ne, Sn = - 1.42(17) MeV, was observed for the first time. In addition, pf-shell intruder is discussed using the shell model calculation.

일반적인 껍질 모형에서 20번은 마법수라고 알려져있다. 이러한 마법수가 pf 껍질의 침입으로 인하여 Ne, Na, Mg 원소에서 사라지는 현상이 발견되고 있고, 이를 역전의 섬(island of inversion)이라 한다. 최근에 이 영역에 속하는 원소인 Ne 동위원소에 대한 분광학 연구가 활발히 진행되어, 30Ne 뿐만 아니라 31,32Ne 도 역전의 섬에 포함된다고 알려졌다. 이처럼 많은 연구들이 진행되었 음에도, 아직까지 33Ne에 대한 분광 연구는 전혀 되어있지 않은 상황이다. 본 실험은 RIKEN의 RIBF에서 수행되었으며, 핵자당 264 MeV의 운동 에 너지를 가진 34Na 빔을 탄소 표적에 충돌시켜 단일 양성자 탈락 반응을 통해 비속박 상태의 33Ne을 생성하였다. 이렇게 생성된 33Ne에서 붕괴된 32Ne과 중 성자의 운동량을 측정해, 불변질량법을 이용하여 32Ne과 중성자로 구성된 시 스템에서의 상대 에너지(Erel)를 얻었으며, 0.48(17), 1.42(17) MeV에 위치하는 두 개의 공명이 있음을 확인하였다. 측정된 준위와 스핀-패리티를 확인하기 위 해서, 각 준위에 해당하는 위치와 단일 양성자 탈락 단면적을 실험에서 구하고, 껍질 모형으로부터 계산된 값과 비교하였다. 첫 번째 공명구조와 두 번째 공 명구조의 에너지 차이인 0.94(24) MeV는 이전에 32Ne의 감마선 구조에 관한 실험을 통해 발견된 0.722 MeV와 오차 범위 내에서 일치하는 것으로 보아 같 은 것으로 추론된다. 그 결과, 두 개의 공명 구조 모두 33Ne의 바닥 상태로부터 32Ne 의 바닥 상태와 여기 상태로부터 붕괴하면서 만들어지는 것을 확인할 수 있었다. 이로부터 33Ne의 단일 중성자 분리 에너지(Sn)가 -1.42(17) MeV로 이 번 실험을 통해 처음으로 확인되었다. 추가적으로, 껍질 모형 계산을 통해 pf 껍질의 침입이 33Ne에 대해서도 일어나고 있는지 논의하였다.