ミニボール実験

ミニボール 実験は、CERNのISOLDE施設のほか、 GSI、ケルン、PSI、理化学研究所（HiCARI）などの施設に定期的に設置されているガンマ線分光装置です。 ^{[1] [2] [3] [4]}ミニボールは高解像度のゲルマニウム検出器アレイで、HIE-ISOLDE（高強度エネルギーISOLDE）で後加速された低強度放射性イオンビームで動作するように特別に設計されており 、短寿命核から放出されるガンマ線を分析できます。6つの検出器セグメント化により、ミニボールはセグメント化されていない検出器を使用する従来のガンマ線分光計に比べて優れたドップラー補正機能を提供します。このアレイは、エキゾチックビームを使用したクーロン励起および移動反応実験に成功しています。ミニボール実験の結果は、原子核構造の決定と調査に使用されています。^[5]

ミニボールは2001年からCERNのREX-ISOLDE（放射性イオンビーム実験-ISOLDE）後期加速器で稼働している。^[6] 2015年には、XT01ビームラインを介して接続され、HIE-ISOLDEプロジェクトの一部となった。 [ ^7]これは、パルス波形解析を使用して検出器容積内のガンマ線相互作用点の空間座標を決定できる、初の完全に稼働するゲルマニウムガンマ線分光計であった。^[8]

ISOLDE のミニボール装置による実験で使用される主な 2 つの反応メカニズムは、クーロン励起反応と移動反応 (主に 1 個および 2 個の中性子移動) です。

クーロン励起は、原子核構造の電磁気的側面を調べるために使用される技術です。原子核は、他の原子核との非弾性衝突によって励起されます。短距離核力による励起プロセスへの寄与がないようにするには、衝突する原子核の最接近距離が十分に長くなければなりません。その後、原子核はより低い状態に崩壊し、ガンマ線を放出します。このガンマ線は、ガンマ線検出器を使用して検出できます。^{[9]この方法は、原子核の集団性（個々の}核子の動きが相関している）を調べるのに役立ちます。集団励起は、電気四重極遷移によって結び付けられることが多いためです。^[10]

移行反応では、標的核と入射体の間で1つ（または複数）の核子が交換され、異なる最終状態の核が生成されます。^{[11] 2体}運動計算で使用する放出角度とエネルギーの測定により、最終状態の核の占有状態の励起エネルギーが得られます。さらに、測定された角度分布を理論と比較することで、反応で移行された軌道角運動量を推定します。単一核子移行の場合、これは核子が移行された軌道を示します。移行反応の研究は、恒星の進化を再現し、理論モデルをテストできるため、核天体物理学に役立ちます。^[12]

ミニボール検出器アレイは、先端が先細りになった24個の高純度ゲルマニウム結晶で構成されています。 ^[8]同時期に開発された他の検出器（例：EUROBALL）とは異なり、6分割されており、各セグメントは個別のプリアンプに接続されています。^[13]結晶はアルミ缶に密封されており、ゲルマニウム結晶の脆弱な表面がアルミ缶で保護されているため、クリーンルームを使用せずに冷たい電子機器にアクセスできます。^{[6] [5]}

カプセル化された結晶は6つに分割され、クライオスタットに収納されており、液体窒素を使用して結晶を冷却することができます。各クライオスタットは3つのカプセルで共有され、1つのデュワーに接続された共通の真空チャンバーに設置されています。アレイの中央に配置された反応チャンバーの寸法に応じて、クラスターをさまざまな構成で配置して、最適な立体角カバレッジを提供できます。^[14]これは、アームに沿って連続的に移動できる機能を備えた半円形の回転可能なアームにクライオスタットを取り付けることで実現されます。^[5]

T-REX（Transfer at REX）セットアップは、ミニボール検出器での移動反応を測定するために設計されています。セットアップは、前方および後方CD検出器を備えたシリコンバレルで構成され、 4πの66％の立体角をカバーします。T-REXは、光反応生成物の角度分布を測定します。^[11]

ミニボールは、リアルタイムデジタルフィルタアルゴリズムを使用してデジタルパルス処理を行い、エネルギーと時間の結果を生成します。データ取得および分析システムは、データの読み取りと転送のためのフロントエンドシステムと、制御とデータ分析のためのバックエンドシステムで構成されています。^[1]

ISOLDEのミニボール実験の結果は、物理学研究所（IoP）の2013年の「物理学におけるトップ10のブレークスルー」に挙げられました。 ^[15]この研究では、重い原子核、つまりラジウム224が硬い洋ナシの形をしているという証拠が見つかりました。^[16]このブレークスルーは、2013年のネイチャー誌の表紙にも取り上げられました。^[17]

ミニボールで使用される主な実験技術は、低エネルギークーロン励起です。この技術を使用して、 いくつかの放射性核における電磁遷移の電気双極子、四極子、および八極子モーメントが決定されました。^[18]転移反応の技術もミニボール実験で使用されます。^[11]一例として、ミニボールで行われた最初の転移反応実験の1つでは、球形のスピンパリティ0 ^{+の励起状態が「}反転島」核³² Mgで確認されました。^{[19] [6]}

• ISOLDE ウェブサイトのミニボールページ
• ミニボールのウェブサイト