The science case of the FRS Ion Catcher for FAIR Phase-0

The FRS Ion Catcher at GSI enables precision experiments with thermalized projectile and fission fragments. At the same time it serves as a test facility for the Low-Energy Branch of the Super-FRS at FAIR. The FRS Ion Catcher has been commissioned and its performance has been characterized in five experiments with 238U and 124Xe projectile and fission fragments produced at energies in the range from 300 to 1000 MeV/u. High and almost element-independent efficiencies for the thermalization of short-lived nuclides produced at relativistic energies have been obtained. High-accuracy mass measurements of more than 30 projectile and fission fragments have been performed with a multiple-reflection time-of-flight mass spectrometer (MR-TOF-MS) at mass resolving powers of up to 410,000, with production cross sections down to the microbarn-level, and at rates down to a few ions per hour. The versatility of the MR-TOF-MS for isomer research has been demonstrated by the measurement of various isomers, determination of excitation energies and the production of a pure isomeric beam. Recently, several instrumental upgrades have been implemented at the FRS Ion Catcher. New experiments will be carried out during FAIR Phase-0 at GSI, including direct mass measurements of neutron-deficient nuclides below 100Sn and neutron-rich nuclides below 208Pb, measurement of β-delayed neutron emission probabilities and reaction studies with multi-nucleon transfer.Peer reviewe

Interferometria hadron-hadron w zderzeniach jądro-jądro przy energiach 1,9A GeV

Correlations of proton-proton and pion-pion pairs emitted in Al+Al and Ni+Ni collisions ata beam energy of 1.9A GeV were investigated with the FOPI spectrometer at GSI Darmstadt. Thestructure of the correlation function for an expanding system addresses the dimensions of the regionof homogeneity, the size and shape of the phase space cloud of the outgoing particles whosevelocities have a specific magnitude and direction. Comparison of the experimentally obtainedcorrelation function to the theoretical predictions provides information on the sizes of the particleemission sources in heavy-ion collisions.The attractive single S-wave interaction between the two coincident protons gives rise to amaximum in the correlation function at a relative momentum of q ≈ 20 MeV/c. Experimental dataare compared to the Koonin-like model, which allows for the extraction of the effective Gaussianradius of the emitting source for the protons. These results are in good agreement with the previousFOPI measurements.A positive correlation is observed for small relative momenta of a pair of pions in the regionof momentum difference q < 50 MeV/c. One-dimensional correlation functions are obtained in termof the relative momentum of the pion pairs. Three-dimensional two identical pion relativemomentum distributions are obtained in the longitudinally co-moving system (LCMS). Spatio-temporal information on the pion source is obtained by fitting the experimental pion-pioncorrelation function by a Gaussian function.Dependence of the source size on the system size, total kinetic energy, and averagetransverse momentum of two coincident particles is studied. The source radius is found to increasewith increasing size of the colliding system. This dependence is due to a larger number ofparticipants in the collision zone. With increasing total kinetic energy and total transversemomentum of the two coinciding particles the source radius becomes smaller. This dependence isconsistent with the idea that nucleus-nucleus collisions are characterized by the collective expansionof nuclear matter after the compression phase. The extracted size of the pion source is significantlylarger than that of the protons.Korelacje par proton-proton i pion-pion emitowanych w zderzeniach Al+Al i Ni+Ni przyenergii wiązki 1.9A GeV zostały zbadane za pomocą spektrometru FOPI w GSI, Darmstadt.Struktura funkcji korelacji rozszerzającego się systemu związana jest z rozmiarem obszarujednorodności, wielkości i kształtu przestrzeni fazowej cząstek, których prędkości mają określonąwartość i kierunek. Porównanie eksperymentalnej funkcji korelacji z przewidywaniami teoriidostarcza informacji o rozmiarze źródła emisji cząstek w zderzeniach ciężkich jonów.Przyciągające oddziaływanie w stanie S pomiędzy dwoma protonami powoduje powstaniemaksimum funkcji korelacji przy względnej różnicy pędu q ≈ 20 MeV / c. Dane doświadczalnezostały porównane z modelem Koonina, co pozwoliło wyznaczyć efektywny promień źródła emisjidla protonów, które są w zgodności ze wcześniejszymi wynikami FOPI.Dodatnią korelację zaobserwowano dla małej względnej różnicy pędów q < 50 MeV/c parpionów. Jednowymiarowe funkcje korelacji są otrzymane dla względnej różnicy pędów parypionów. Trójwymiarowe rozkłady różnicy pędów dwóch identycznych pionów zostałyprzedstawione w systemie współrzędnych zwanym LCMS. Przestrzenno-czasową informacje oźródle pionów uzyskano się poprzez dopasowanie funkcji Gaussa do eksperymentalnej funkcjikorelacji pion-pion.Przeprowadzono badanie zależności promienia źródła od rozmiaru systemu, całkowitejenergii kinetycznej i całkowitego pędu poprzecznego dwóch cząstek. Wraz ze wzrostem rozmiaruzderzającego się systemu promień źródła zwiększa się. Zależność ta wynika z większej liczbyuczestników w strefie zderzenia. Wraz ze wzrostem całkowitej energii kinetycznej i całkowitegopęda poprzecznego dwóch cząstek promień źródła staje się mniejszy. Zależność ta jest zgodna zteorią, że zderzenia jądro-jądro charakteryzują się kolektywną ekspansją materii jądrowej po etapiekompresji. Otrzymany rozmiar źródła emisji pionów jest istotnie większy od rozmiaru źródła emisjiprotonów