Photodisintegration of ³He with double polarizations

Abstract

The first measurements of the two- and three-body photodisintegration of 3He polarized parallel and anti-parallel to a circularly polarized γ-ray beam were carried out at the High Intensity γ-ray Source (HIγS) facility located at Triangle Universities Nuclear Laboratory (TUNL). A high pressure 3He target, polarized via spin-exchange optical pumping with alkali metals, was used in the experiments. The protons from the two-body photodisintegration experiment were detected using seventy two silicon surface barrier detectors of various thicknesses while the neutrons from the three-body photodisintegration were detected with sixteen 12.7 cm diameter liquid scintillator detectors. The spin-dependent cross sections and the contributions from the two- and three-body photodisintegration to the 3He Gerasimov-Drell-Hearn sum rule integrand were extracted and compared with state-of-the-art three-body calculations at the incident photon energies of 29.0 MeV (two-body) and 12.8, 14.7, and 16.5 MeV (three-body). These are the first measurements of the contributions of the two- and three body photodisintegration of 3He to the GDH integrand. These measurements were found to be in good agreement with the theoretical calculations which include the Coulomb interaction between protons in the final state. They also reveal–for the first time–the importance of the three-nucleon forces and the relativistic single-nucleon charge corrections which are responsible in the calculations for the observed difference between the spin-dependent cross sections.

Οι πρώτες μετρήσεις της φωτοδιάσπασης δύο και τριών σωμάτων του 3He, πολωμένου παράλληλα και αντιπαράλληλα προς μια κυκλικά πολωμένη δέσμη ακτίνων γ, πραγματοποιήθηκαν στην εγκατάσταση High Intensity γ-ray Source (HIγS), η οποία βρίσκεται στο Triangle Universities Nuclear Laboratory (TUNL). Στα πειράματα χρησιμοποιήθηκε στόχος ^3He υψηλής πίεσης, πολωμένος μέσω οπτικής άντλησης ανταλλαγής σπιν με αλκαλικά μέταλλα. Τα πρωτόνια από το πείραμα φωτοδιάσπασης δύο σωμάτων ανιχνεύθηκαν με τη χρήση εβδομήντα δύο ανιχνευτών πυριτίου επιφανειακού φραγμού, διαφόρων παχών, ενώ τα νετρόνια από τη φωτοδιάσπαση τριών σωμάτων ανιχνεύθηκαν με δεκαέξι ανιχνευτές υγρού σπινθηριστή διαμέτρου 12,7 cm. Οι εξαρτώμενες από το σπιν ενεργές διατομές, καθώς και οι συνεισφορές της φωτοδιάσπασης δύο και τριών σωμάτων στον ολοκληρωτέο όρο του κανόνα αθροίσματος Gerasimov-Drell-Hearn (GDH) για το 3He, εξήχθησαν και συγκρίθηκαν με τις πλέον σύγχρονες θεωρητικές υπολογιστικές προσεγγίσεις τριών σωμάτων, για ενέργειες προσπίπτοντων φωτονίων 29,0 MeV για τη φωτοδιάσπαση δύο σωμάτων και 12,8, 14,7 και 16,5 MeV για τη φωτοδιάσπαση τριών σωμάτων. Πρόκειται για τις πρώτες μετρήσεις των συνεισφορών της φωτοδιάσπασης δύο και τριών σωμάτων του ^3He στον ολοκληρωτέο όρο GDH. Οι μετρήσεις αυτές βρέθηκαν σε καλή συμφωνία με τους θεωρητικούς υπολογισμούς που περιλαμβάνουν την αλληλεπίδραση Coulomb μεταξύ των πρωτονίων στην τελική κατάσταση. Επιπλέον, ανέδειξαν —για πρώτη φορά— τη σημασία των δυνάμεων τριών νουκλεονίων και των σχετικιστικών διορθώσεων στο φορτίο του μεμονωμένου νουκλεονίου, οι οποίες, στους υπολογισμούς, ευθύνονται για την παρατηρούμενη διαφορά μεταξύ των εξαρτώμενων από το σπιν ενεργών διατομών.