Search for the Dynamical Dipole in the mass region of 192Pb nucleus in fusion-evaporation and fission heavy-ion reactions at Elab = 11MeV/nucleon

The Dynamical Dipole mode is a pre-equilibrium collective dipole oscillation predicted to be excited in charge asymmetric heavy-ion collisions. It decays emitting prompt gamma–rays and gives important information on the reaction dynamics. Its study could allow us to probe the density dependence of the symmetry energy in the Equation of State at sub-saturation densities, where this oscillation is active. Furthermore, its prompt radiation could be of interest for the synthesis of super-heavy elements in hot fusion reactions as it cools down the formed nucleus on the fusion path through emission of prompt gamma–rays. We investigated the Dynamical Dipole in fusion-evaporation and fission reactions for a composite system in the mass region of lead, a mass region never studied before. For this research the reactions 40Ca + 152Sm and 48Ca + 144Sm have been performed at ELAB = 11 MeV/nucleon at the Laboratori Nazionali del Sud, (LNS, Italy). The gamma-rays and the light charged particles were detected by using the MEDEA apparatus, made of 180 BaF2 scintillators and 6 Parallel Plates Avalanche Counters for fission fragments and evaporation residues. Any difference in the gamma-ray multiplicity spectra and the gamma-ray angular distributions of the two investigated reactions constitutes the signature of a pre-equilibrium process, i.e. the Dynamical Dipole mode excitation and its subsequent decay. From the study of these observables in the two reactions it was shown, in a model independent way, that the Dynamical Dipole survives in such a heavy composite system with similar features in both evaporation and fission events. Our results were compared with theoretical calculations performed within a BNV transport model, based on a collective bremsstrahlung analysis of the entrance channel reaction dynamics.

Il Dipolo Dinamico è un’oscillazione dipolare collettiva di pre-equilibrio che si instaura in una reazione asimmetrica in carica fra ioni pesanti. Tale oscillazione decade emettendo raggi gamma dipolari di pre–equilibrio e può fornire importanti informazioni sulla dinamica delle reazioni. Il Dipolo Dinamico consente di avere informazioni sulla dipendenza dell’equazione di Stato della materia nucleare dalla densità, per densità al di sotto di quella di saturazione, dove questa oscillazione è attiva. Inoltre, la sua emissione “pronta” potrebbe essere utile per la formazione di nuclei superpesanti in processi di fusione “calda”, come possibile meccanismo di raffreddamento del sistema composito tramite l’emissione raggi di pre–equilibrio. Il Dipolo Dinamico è stato studiato nella regione di massa del Pb, una regione di massa mai investigata finora, sia in reazioni di fusione–evaporazione che di fissione. A tale scopo sono state realizzate le reazioni 40Ca + 152Sm e 48Ca + 144Sm ad un’energia incidente ELAB = 11 MeV/nucleone presso i Laboratori Nazionali del Sud, (LNS, Italy). I raggi gamma e le particelle leggere cariche sono state rivelate usando il setup sperimentale MEDEA, composto da 180 scintillatori BaF2 e 6 rivelatori Parallel Plates Avalanche Counters per i frammenti di fissione e i residui di evaporazione. Le differenze negli spettri di molteplicità e nelle distribuzioni angolari dei raggi gamma delle due reazioni studiate indicano la presenza di un processo di pre-equilibrio, ovvero del Dipolo Dinamico e del suo conseguente decadimento tramite raggi gamma. Dal confronto di queste osservabili nelle due reazioni è stato dimostrato, in maniera indipendente dai modelli, che il Dipolo Dinamico sopravvive in un sistema composto così pesante con caratteristiche simili sia in eventi di evaporazione che di fissione. Tali risultati sono stati confrontati con calcoli teorici effettuati nell’ambito di un modello di trasporto di tipo BNV, basato su un approccio di emissione bremsstrahlung collettivo della dinamica di reazione del canale d’ingresso.