Direct-reac)on studies around Sn and Pb at ReA (a - PowerPoint PPT Presentation

Direct-­‑reac)on ¡studies ¡around ¡Sn ¡and ¡Pb ¡at ¡ReA ¡ ¡ (a ¡case ¡for ¡ReA12) Ben ¡Kay, ¡Argonne ¡Na.onal ¡Laboratory ¡ ReA3 ¡upgrade ¡workshop ¡at ¡the ¡NSCL ¡ August ¡20, ¡2015

Overview Focus ¡on ¡ one-­‑ ¡and ¡ two-­‑nucleon ¡transfer ¡reac.ons ¡and ¡probes ¡such ¡as ¡ inelas)c ¡scaDering Intro ¡ • What ¡are ¡some ¡ball-­‑park ¡expecta.ons? ¡ Examples ¡ • Single-­‑par.cle ¡energies ¡ -­‑ chains ¡of ¡isotopes ¡/ ¡isotones ¡ • Two-­‑body ¡spectra ¡around ¡ 132 Sn ¡ -­‑ reminiscent ¡of ¡past ¡studies ¡around ¡ 208 Pb ¡ • Alterna.ves ¡to ¡Coulex? ¡ -­‑ Capitalize ¡on ¡excellent ¡efficiency ¡of ¡charged-­‑par.cle ¡spectrometers ¡ • Proton ¡strength ¡func.ons ¡ -­‑ applica.ons ¡and ¡astrophysics ¡(courtesy ¡of ¡LANL) ¡ Conclusions ¡ • What ¡is ¡required ¡of ¡ReAX ¡with ¡regards ¡energy, ¡beam ¡species, ¡intensity, ¡quality, ¡etc? ¡ • (What ¡instrumenta.on ¡— ¡general ¡comments) 2

The ¡territory Aside ¡from ¡a ¡handful ¡of ¡examples, ¡there ¡ have ¡been ¡very ¡few ¡studies ¡of ¡transfer ¡ reac.ons ¡on ¡exo.c ¡nuclei ¡… ¡even ¡at ¡ closed ¡shells. ¡ Most ¡EB ¡studies ¡done ¡with ¡ light ¡systems. Proton ¡number Neutron ¡number 3

The ¡territory N ¡= ¡126 Aside ¡from ¡a ¡handful ¡of ¡examples, ¡there ¡ Pb have ¡been ¡very ¡few ¡studies ¡of ¡transfer ¡ reac.ons ¡on ¡exo.c ¡nuclei ¡… ¡even ¡at ¡ N ¡= ¡82 closed ¡shells. ¡ Most ¡EB ¡studies ¡done ¡with ¡ light ¡systems. N ¡= ¡50 Sn Proton ¡number N ¡= ¡28 ReA ¡offers ¡a ¡chance ¡to ¡change ¡this ¡if: ¡ • Beam ¡intensi.es ¡>10 4 ¡pps ¡(for ¡ Ni magne.c ¡spectrometers) ¡ Ca • Beam ¡energies ¡are ¡suitable ¡(depends ¡ on ¡probe, ¡but ¡few ¡MeV/u ¡above ¡the ¡ barrier ¡is ¡a ¡good ¡measure) ¡ • Suitable ¡/ ¡versa.le ¡spectrometer ¡are ¡ available ¡ Neutron ¡number 4

FRIB/ReA ¡and ¡closed ¡shells ¡ (above ¡the ¡light ¡nuclei) Crude ¡illustra.on ¡of ¡the ¡change ¡in ¡reach ¡provided ¡by ¡ReA, ¡with ¡es.mates ¡on ¡reaccelerated ¡ intensi.es ¡>10 4 ¡pps ¡coming ¡from ¡FRIBrates_v1_04.xlsm. ReA? Pb, ¡Z ¡= ¡82 Current 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 ReA? Sn, ¡Z ¡= ¡50 ~ Current 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 ReA? Ni, ¡Z ¡= ¡28 ~ Current 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 ReA? Current Ca, ¡Z ¡= ¡20 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 5

FRIB/ReA ¡and ¡closed ¡shells ¡ (above ¡the ¡light ¡nuclei) Crude ¡illustra.on ¡of ¡the ¡change ¡in ¡reach ¡provided ¡by ¡ReA, ¡with ¡es.mates ¡on ¡reaccelerated ¡ intensi.es ¡>10 4 ¡pps ¡coming ¡from ¡FRIBrates_v1_04.xlsm. ReA? Pb, ¡Z ¡= ¡82 Current 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 N ¡= ¡82 ReA? 154 Sn, ¡Z ¡= ¡50 ~ Current 153 152 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 151 150 149 ReA? N ¡= ¡50 148 100 Ni, ¡Z ¡= ¡28 ~ Current 147 99 146 98 R 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 R 145 218 97 e e 144 217 96 A N ¡= ¡126 A 143 216 95 R ReA? ? ? 142 215 94 Current e Ca, ¡Z ¡= ¡20 141 214 93 A 140 213 92 ? ~ 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 139 212 91 C ~ 138 211 90 u ~ C 137 210 89 r C 136 209 u 88 r u 135 208 87 r Will ¡focus ¡on ¡a ¡few ¡of ¡these ¡with ¡some ¡specifics: ¡ e r 134 207 86 r n r Sn, ¡Pb, ¡N ¡= ¡50, ¡82, ¡126 133 206 85 e t e 132 205 84 n n 131 204 80 t t 130 203 79 129 202 78 6

The ¡Sn ¡isotopes The ¡Sn ¡isotopes ¡have ¡already ¡been ¡quite ¡revealing ¡— ¡trends ¡in ¡the ¡ 0g 7/2 ¡and ¡0h 11/2 ¡single-­‑proton ¡ energies ¡were ¡key ¡data ¡in ¡demonstra.ng ¡the ¡ac.on ¡of ¡the ¡tensor ¡force. Sn, ¡Z ¡= ¡50 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 Proton particle states: Z = 51, Sb Proton hole states: Z = 49, In Trends ¡limited ¡to ¡proton-­‑adding ¡ 0 0 Binding energy (MeV) 2 nd 9/2 + on ¡the ¡ stable ¡ isotopes. ¡ Lowest 1/2 – Lowest 5/2 – –5 –5 Lowest 9/2 + What ¡about ¡for ¡ hole ¡states ¡(s.ll ¡ Lowest 7/2 + –10 –10 Lowest 11/2 – rela.vely ¡unexplored ¡in ¡the ¡ ! 0 g 7/2 stable ¡isotopes)? ¡ ! 0 h 11/2 –15 –15 Energy difference (MeV) 3 3 – – 9/2 1 + Lowest 11/2 – – 7/2 + 1/2 1 + – 1/2 1 – Further, ¡ neutron ¡occupancies , ¡ ! (0 h 11/2 – 0 g 7/2 ) ( ) 9/2 2 + – 5/2 1 – ( ) 9/2 1 ( ) 2 2 ordering ¡of ¡levels, ¡etc. ¡are ¡ important ¡informa.on ¡needed ¡ 1 1 to ¡understand ¡the ¡ physics ¡ around ¡ 100 Sn . 0 0 5 15 25 35 5 15 25 35 Neutron excess Neutron excess 7

The ¡Sn ¡isotopes Sn, ¡Z ¡= ¡50 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 ReA6 ReA9 ReA12 Sn 4-6 MeV/u 8-12 MeV/u 10-15 MeV/u What ¡can ¡be ¡done ¡with ¡ReA6, ¡9, ¡12? ¡ ✓ ✓ ( d , p ) ✗ Physics ¡is ¡such ¡that ¡one ¡could ¡envision ¡using ¡ ( p , d ) ~ ✓ ✗ ✗ all ¡of ¡the ¡reac)ons ¡in ¡this ¡list. ¡ ( α , 3 He) ? ✗ ✗ Barriers ¡for ¡ charge ¡1 ¡and ¡charge ¡2 ¡induced ¡ ~ ✓ ~ ✓ ( 3 He, α ) ✗ reac.ons ¡around ¡ 8 ¡and ¡15.5 ¡MeV , ¡respec.vely, ¡ ( 3 He, d ) ✓ ✗ ✗ with ¡Q-­‑value ¡considera.ons ¡(adding ¡reac.on ¡ typically ¡posi.ve, ¡removing ¡reac.ons ¡ojen ¡ ✓ ( α , t ) ✗ ✗ strongly ¡nega.ve). ¡ ( d , 3 He) ✓ ✗ ✗ Certainly ¡makes ¡the ¡ case ¡for ¡pushing ¡to ¡ReA9 ¡ ( p , t ) ✗ ? ✗ ✗ and ¡ideally ¡ReA12 . ( t , p ) ✓ ✓ ✗ *Energy ¡ranges ¡from ¡ReA ¡website ¡ 8

The ¡Pb ¡isotopes 1f 3p 0i 13/2 1g 9/2 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 How ¡do ¡the ¡ proton ¡9/2 – ¡ and ¡13/2 + ¡single-­‑par.cle ¡ 2 energies ¡shij ¡as ¡ i 13/2 ¡neutrons ¡fill ¡before ¡N ¡= ¡126, ¡ Bi ¡isotopes and ¡ g 9/2 ¡ajer ¡N=126? ¡ Probe ¡via ¡Pb(α,t) ¡and ¡( 3 He,d) ¡reac.ons? ¡ 0 Proton binding (MeV) (Challenging ¡targets ¡for ¡e.g. ¡solenoidal ¡ spectrometer, ¡but ¡not ¡impossible). ¡ –2 Lighter ¡Pb ¡isoptes ¡known ¡to ¡be ¡deformed ¡/ ¡have ¡ complex ¡structures ¡(shape-­‑coexistence, ¡etc). ¡ –4 The ¡lowest-­‑lying ¡states ¡show ¡striking ¡trends ¡ lowest 9/2 – reminiscent ¡of ¡the ¡Sb ¡single-­‑proton ¡energies. ¡ lowest 13/2 + –6 Proton ¡hole ¡states: ¡The ¡h 11/2 ¡and ¡g 7/2 ¡below ¡Z ¡= ¡82. 180 188 194 208 A ( Z = 82) 9