Quasi-free scattering studies along the argon isotopic chain

Experiment s467 was performed in 2020 at the R³B setup at the GSI/FAIR facility, Darmstadt-Wixhausen, Germany. The aim was a kinematically complete measurement of quasi-free scattering (QFS) cross-sections at beam energies of 400-500 MeV/nucleon to extract cross-sections around the calcium isotopic chain, including the argon isotopic chain. The targets used were a plastic target (CH₂) and a carbon target to extract the cross-sections on hydrogen. Extracted interaction cross-sections (ICS) and QFS cross-sections for the isotopes ³⁵Ar, ³⁶Ar, ³⁷Ar, ⁴²Ar, ⁴³Ar, ⁴⁴Ar and ⁴⁵Ar are presented. Due to the thick targets, the ICS of the isotopes were first extracted and used as a correction to determine the QFS cross-sections. The QFS cross-sections were extracted for two cases. First, the fragment must survive and be registered after the proton knockout, limiting the cross-section to the outer valence protons. Second, the fragment does not have to survive and deeper bound states will contribute to the cross-section. It was found that the experimental cross-sections systematically decrease with increasing neutron number and are attributed to multi-scattering processes. If the fragment must survive the knockout, higher cross-sections were observed for even number of neutrons in the projectile. This effect can be explained by the neutron separation energies and the additional pairing energy. However, the trend of the cross-sections for the knockout of deeper bound protons is surprising. The data show a higher cross-section for with an odd number of neutrons in the projectile. The extracted cross-sections were compared with Glauber theory calculations and showed similarities in the global trend and the increased cross-sections for odd numbers of neutrons where the fragment does not have to survive. As a benchmark, the gamma ray spectrum of ³⁶Ar(p,2p)³⁵Cl was reconstructed and it was shown that the setup can measure and identify protons in coincidence with Lorentz- boosted gamma rays.

Das Experiment s467 wurde im Jahr 2020 am R³B setup an der GSI/FAIR Beschleunigeranlage bei Darmstadt-Wixhausen, Deutschland, durchgeführt. Ziel des Experiments war es kinematisch komplette Messungen mittels quasi-freier Streuung (QFS) durchzuführen und cross-sections zu extrahieren. Die verwendete Strahlenergie war, je nach Isotop, 400-500 MeV/Nukleon. Der Fokus lag dabei auf den Calciumisotopen und ihre Umgebung, darunter auch die Argonisotope. Die verwendeten Targets waren ein Plastik- (CH₂) und ein Kohlenstofftarget, um die cross-section an Wasserstoff zu extrahieren. Die interaction cross-sections (ICS) und QFS cross-sections für die Isotope ³⁶Ar, ³⁷Ar, ⁴²Ar, ⁴³Ar, ⁴⁴Ar und ⁴⁵Ar wurden bestimmt. Durch die verwendeten dicken Targets war es notwendig zunächst die ICS zu bestimmen um diese als Korrekturfaktor zur Bestimmung der QFS cross-sections zu verwenden. Die QFS cross-sections wurden für zwei Fälle bestimmt. Im ersten Fall muss das Fragment die Reaktion überleben, womit die Reaktion auf die Valenzprotonen beschränkt ist. Im zweiten Fall kann das Fragment weiter zerfallen, womit auch tief gebundene Zustände zur cross-section beitragen. Die extrahierten QFS cross-sections nehmen systematisch mit steigender Neutronenzahl ab. Dies kann dadurch erklärt werden, dass mit steigender Neutronenzahl die Wahrscheinlichkeit für eine zweite Streuung des ausgehenden Protons steigt. Zusätzlich sieht man eine höhere cross-section für gerade Neutronenzahlen des Projektils, wenn das Fragment überleben muss. Dies kann man durch die erhöhte Bindungsenergie der Neutronen durch die Paarungskraft erklären. Überraschend war ein ähnlicher Trend für tiefer gebundene Zustände, aber die cross-section ist für ungerade Neutronenzahlen im Projektil erhöht. Die extrahierten cross-sections wurden mit Glaubermodellrechnungen verglichen und der globale Trend, sowie die erhöhten cross-sections für ungerade Neutronenzahlen des Projektils, wo das Fragment nicht überleben muss, konnten im Trend reproduziert werden. Als eine Benchmark wurde das Gammaspektrum der Reaktion ³⁶Ar(p,2p)³⁵Cl rekonstruiert und es konnte gezeigt werden, dass das R³B setup Protonen und Lorentz-geboostete Gammastrahlung gleichzeitig messen kann.