Search for the p1/2- Resonance in 7He with the 7Li(d,2He) Reaction and Measurement of the Deuteron Electrodisintegration under 180-deg at the S-DALINAC

The present work contains two parts, both devoted to the investigation of light nuclei. In the first part of the thesis the structure of the exotic 7He nucleus is studied. The disappearance of the usual magic numbers in extremely neutron-rich nuclei implies a considerable modifcation in the spin-orbit interaction. Recent experiments yield contradictory results about a possible existence of the p1/2- spin-orbit partner of the 7He ground state with a dominant p3/2- single-particle character. In order to clarify this question a study of the 7Li(d,2He)7He reaction has been performed using a 171 MeV deuteron beam provided by the cyclotron at Kernfysisch Versneller Insituut (KVI) in Groningen. The experiment was carried out in April 2003. The setup at KVI offers a resolution ΔE ≈ 150 keV (FWHM) in the measured spectra, better than the line width of the ground state of 7He. The unbound 2He system was identifed by detecting coincidences between two protons with small relative energy. The data were taken over the angular range Θ_cm = 0…11.3 deg. A possible resonance at an excitation energy Ex = (1.45 +0.7 -0.5) MeV with a width Γ = (2.0 +1.0 -1.1) MeV is suggested by a decomposition of the spectrum using known resonances, the breakup behaviour of 7He and quasifree charge-exchange contributions, taking into account the cluster structure of 7Li. Gamow-Teller strengths for transitions to the lowest states in 7He are in remarkable agreement with results from ab initio Quantum Monte Carlo calculations. The neutron spectroscopic factor Sn = 0.64 +/- 0.09 of the 7He ground state (7He = 6He+n) is extracted by an R-matrix analysis. In the second part of the thesis the deuteron breakup has been studied in the 2H(e,e’) reaction at Θ = 180 deg. The present measurements were performed in March and April 2006 at the superconducting Darmstadt electron linear accelerator S-DALINAC at an incident electron energy E0 = 27.8 MeV and 74 MeV. At low momentum transfer (q = 0.28 fm-1 and 0.73 fm-1, respectively) magnetic transitions are expected to give the dominant contributions to the breakup cross sections. Thus, the measured deuteron-electrodisintegration cross section at threshold can be used to obtain the cross section for the np →d γ reaction applying the principle of detailed balance. The accurate information about this process is of great interest in nuclear astrophysics, specifically with regard to Big-Bang nucleosynthesis. The experimental data are in excellent agreement with theoretical calculations based on a nucleon-nucleon potential model (Bonn-B), under the inclusion of meson-exchange and isobar effects.

Die vorliegende Arbeit enthält zwei Teile. Beide beschäftigen sich mit der Untersuchung von leichten Kernen. Im ersten Teil wird die Struktur des exotischen Kerns 7He studiert. Jüngste Experimente geben widersprechende Aussagen über die mögliche Existenz des p1/2- Spin-Bahnpartners des 7He Grundzustands mit einem dominanten p3/2- Einteilchen-Charakter. Zur Klärung dieser Frage wurde die Reaktion 7Li(d,2He)7He bei einer Einschussenergie von 171 MeV am Kernfysisch Versneller Insituut (KVI) in Groningen untersucht. Das Experiment fand im April 2003 statt. Mit dem experimentellen Aufbau am KVI wurde eine Energieauflösung von ΔE ≈ 150 keV in den gemessenen Spektren erreicht, die geringer ist als die natürliche Linienbreite des 7He-Grundzustands. Das ungebundene 2He-System wurde identifiziert durch die Koinzidenzmessungen der beiden Protonen mit kleiner relativer Energie. Die Messungen erstrecken sich über einen Winkelbereich von Θ_cm = 0…11.3 grad. Für die Entfaltung des Spektrums wurden bekannte Resonanzen, das Aufbruchverhalten von 7He und quasifreie Ladungsaustauschbeiträge verwendet, unter Berücksichtigung der Cluster-Struktur von 7Li. Dabei weisen die experimentellen Ergebnisse auf eine mögliche niedrigligende Resonanz bei Ex = (1.45 +0.7 -0:5) MeV mit einer Breite Γ = (2.0 +1.0 -1.1) MeV hin. Die Gamow-Teller Stärke für die Übergänge zu den niedrigsten Zuständen in 7He stimmen mit theoretischen Vorhersagen eines ab initio Quantum Monte-Carlo Modells überein. Weiterhin wurde der spektroskopische Faktor Sn = 0.64 +/- 0.09 des 7He Grundzustands (7He = 6He+n) mit einer R-matrix Analyse extrahiert. In dem zweiten Teil der Arbeit wird der Deuteronaufbruch in der 2H(e,e’) Reaktion unter einem Streuwinkel Θ = 180 grad untersucht. Die Messungen wurden am supraleitendem Darmstädter Elektronenlinearbeschleuniger S-DALINAC bei Einschussenergien E0 von 27.8 MeV und 74 MeV im März und April 2006 durchgeführt. Bei niedrigen Impulsüberträgen (q = 0.28 fm-1 bzw. 0.73 fm-1) dominieren magnetische Übergänge den Aufbruchwirkungsquerschnitt. Daher kann man aus den gemessenen Wirkungsquerschnitten an der Aufbruchschwelle die Wirkungsquerschnitte für den Einfangprozess np →d γ extrahieren unter Verwendung des Prinzips des detaillierten Gleichgewichtes. Die genaue Information über diesen Prozess ist von großem Interesse für die Big-Bang Nukleosynthese (BBN). Die experimentellen Daten sind in guter Übereinstimmung mit theoretischen Vorhersagen unter Verwendung eines Nukleon-Nukleon Potentials (Bonn-B) und unter Einschluss von Mesonaustausch-Ströme und Isobarkonfigurationen.