Multi-mechanisms in proton-induced nucleon removal from 14O at 94 MeV/nucleon

The one-nucleon removal reaction from nuclei is a strong tool to investigate the single-particle structure. From the measurement of the residual nucleus, the orbital angular momentum of the removed nucleon can be determined. In the last decades, systematic studies on the quenching of the single-particle strength and the parallel momentum distribution of the removed nucleons have been performed. Asymmetric momentum distributions and discrepancies between measured cross sections and predictions, in particular for the deeply-bound nucleons, demonstrated, that the reaction mechanism needs to be further understood. From theoretical studies with a proton target at 100 MeV/nucleon the asymmetric distribution is attributed to stem from the interaction of the outgoing particles with the residual core nucleus. A confirmation of these theoretical results would emphasize the significance of the final state interactions. However, most of the experimental data was taken with light-ion targets and there is no data with proton targets in this incident-energy region.

This is why the one-nucleon removal reaction from 14O at 94 MeV/nucleon from a hydrogen target was performed. The nucleus 14O has a large asymmetry in proton and neutron separation energies Sn - Sp = 18.55(1) MeV. The 14O secondary beam was impinged on a 2.4 mm thick solid hydrogen target. The resulting fragments were measured with the SAMURAI spectrometer. In particular, the one-nucleon removal residues 13O and 13N are of interest. Their measured inclusive cross sections and parallel momentum distributions (PMDs) are compared to theoretical calculations. Inelastic scattering, the distorted-wave impulse approximation and quantum transfer to the continuum are considered for theoretical calculations. Shell-model spectroscopic factors are applied for the comparison with the experimental data. A symmetric shape is observed for the proton removal channel, for which the (p,2p) knockout and the (p,p') inelastic channel are found contributing almost equally. The neutron removal channel exhibits a strongly asymmetric PMD, which is reproduced well by combining the results from (p,pn) knockout and (p,d) transfer. The quenching of the single-particle strength is quantified by the reduction factor Rs, which is defined by ratio of the experimental to the theoretical cross section. The reduction factors Rs are obtained and are compared to heavy-ion induced knockout and transfer reaction results. The results of this work show that the proton-induced nucleon removal from rare isotopes at energies of ~100 MeV/nucleon originates in several reaction mechanisms, including quasi-free scattering, inelastic scattering and transfer.

Die Entfernung eines Nukleons von einem Atomkern ist ein starkes Werkzeug zur Untersuchung der Einteilchenstruktur. Durch Vermessen des übrigen Kerns kann der Bahndrehimpuls von dem entfernten Nukleon bestimmt werden. In den letzten Jahrzehnten wurde systematische Studien über die Reduzierung der Einzelteilchenstärke und der parallelen Impulsverteilung des entfernten Nukleons durchgeführt. Eine asymmetrische Impulsverteilung und Diskrepanzen zwischen den gemessen und vorhergesagten Wirkungsquerschnitten, im speziellen der stark gebundenen Nukleonen, zeigten, dass der Reaktionsmechanismus noch weiter verstanden werden muss. Bei theoretischen Studien mit einem Protontarget bei 100 MeV/Nukleon kam heraus, dass die asymmetrische Verteilung von der Interaktion des übrig gebliebenen Kerns mit den anderen Teilchen, die den Kern verlassen, stammt. Eine Bestätigung dieser theoretischen Ergebnisse würde die Bedeutung der Endzustandinteraktion bestätigen. Jedoch wurde ein Großteil der experimentellen Daten mit leichten Ionentargets aufgenommen und es gibt keine Daten mit Protonentargets in diesem Energiebereich.

Deswegen wurde die Reaktion bei der ein Nukleon von einem 14O Kern mit einem Wasserstofftarget bei 100 MeV/Nukleon durchgeführt. Der 14O Kern hat eine große Asymmetrie in der Protonen- und Neutronen-Separationsenergie von Sn - Sp = 18.55(1) MeV. Der 14O Sekundärstrahl ist auf ein 2.4 mm dickes Target aus festem Wasserstoff aufgetroffen. Die daraus resultierenden Fragmente wurden mit dem SAMURAI Spektrometer gemessen. Im speziellen waren die Rückstände 13O and 13N von Interesse. Der gemessene inklusive Wirkungsquerschnitt und die parallele Impulsverteilung (PMD) werden mit theoretischen Berechnungen verglichen. Inelastische Steuung, distorted-wave impule approximation und Quanten-Transfer zum Kontinuum werden für die theoretischen Berechnungen berücksichtigt. Spektroskopische Faktoren vom Schalenmodell werden für den Vergleich mit den experimentellen Daten verwendet. Eine symmetrische Verteilung wird für die Entfernung eines Protons beobachtet, für welche der (p,pn) Abschlag und (p,p') inelastische Kanal zu fast gleichen Teilen beitragen. Bei der Entfernung eines Neutrons ergibt sich eine stark asymmetrische Verteilung, welche durch die Kombination von den Ergebnisse aus (p,pn) Abschlag und (p,d) Transfer rekonstruiert werden kann. Die Reduktion der Einzelteilchenstärke wird mit dem Reduktionsfaktor quantifiziert, welche durch das Verhältnis von experimentellen zu theoretischem Wirkungsquerschnitt definiert ist. Die Reduktionsfaktoren Rs können bestimmt werden und werden mit Ergebnissen aus Schwerionen Abschlag- und Transferreaktionen verglichen. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass die Proton induzierte Entfernung eines Nukleons von seltenen Isotopen bei Energien von ~100 MeV/Nukleon viele Reaktionsmechanismen auslöst, darunter quasi-freie Streuung, inelastische Streuung und Transfer.