Saint-petersburg state university russian academy of sciences joint institute for nuclear research

PARTICLE PRODUCTION IN Cu+Au AND U+U COLLISIONS 
IN PHENIX EXPERIMENT AT RHIC 
 
Berdnikov Ya.A.
1
, Ivanishchev D.A.
1
, Kotov D.O.
1,2
, Riabov V.G.
1,2,3
, 
Riabov Yu.G.
1,2
, Samsonov V.M.
1,2,3
, Safonov A.S.
1 
1 
Peter the Great St.Petersburg Polytechnic University, St.Petersburg, Russia; 
2 
NRC “Kurchatov Institute” Petersburg Nuclear Physics Institute, Gatchina, Russia; 
3 
National Research Nuclear University MEPhI, Moscow, Russia 
E-mail: [e-mail] 
 
The  Relativistic  Heavy  Ion  Collider  (RHIC)  at  Brookhaven  National  Lab 
allows nuclear matter to be studied at extremely high temperatures and energy 
densities [1]. RHIC is uniquely capable of colliding asymmetric Cu+Au nuclei 
and irregularly shaped nuclei such as U+U, providing the possibility to produce 
systems that have different initial energy density profiles for the same number of 
participating nucleons. This allows for systematic investigation of the effects of 
initial  geometry  and  density  on  particle  production.  For  example,  in  U+U 
collisions  the  slightly  elongated  nuclei  overlap  in  a  variety  of  different  ways 
such that, even at zero impact parameter, distinct configurations exist. In central 
Cu+Au collisions the Cu nucleus is completely embedded within the Au. Such 
geometries  present  an  opportunity  to  measure  the  wide  range  of  initial  energy 
densities  of  these  systems.  They  also  allow  the  study  of  some  unique  features 
arising from these configurations [2].  
In this talk we will present the results on particle production from Cu+Au and 
U+U  datasets  in  PHENIX  such  as  global  particle  production  and  elliptic  flow 
variables. 
 
1.  A.Adare 
et al. // Phys. Rev. Lett. 2008. V.101. 232301. 
2.  R.Hollis // J. Phys.: Conf. Ser. 2013. V.458. 012007. 
 
 

 
102 
STUDY OF COHERENT DISSOCIATION OF 
10
C NUCLEUS  
AT ENERGY 1.2 GeV PER NUCLEON 
 
Mamatkulov K.Z.
1,2
, Artemenkov D.A.
1
, Bekmirzaev R.N.
2
,  
Zarubin P.I.
1
, Zaitsev A.A.
1
 
1 
Joint Insitute for Nuclear Research, Dubna, Moscow Region, Russia; 
2 
A. Kodirii Jizzakh State Pedagogical Institute, Jizzakh, Uzbekistan 
E-mail: [e-mail] 
 
The  charge  topology  in  the  fragmentation  of 
10
C  nuclei  in  a  track  nuclear 
emulsion  at  energy  of  1.2  GeV  per  nucleon  is  studied  [1].  In  the  coherent 
dissociation of 
10
C nuclei, about 82% of events are associated with the channel 
10
C  →  2α  +  2p  [2].  The  angular  distributions  and  correlations  of  product 
fragments are presented for this channel. It is found that among 
10
C → 2α + 2p 
events, about 30% are associated with the process in which dissociation through 
the ground state of the unstable 
9
B
g.s.
 nucleus is followed by 
8
Be
g.s.
 + p decays. 
 
 
 
Fig. 1. Successive microphotographs of an event involving the dissociation of 
10
C nucleus at 
energy of 1.2 GeV per nucleon. The arrows indicate the track of a beam 
10
C nucleus, an 
interaction vertex (IV; at the top), and tracks of H and He fragments. 
 
1.  The BECQUEREL Project. http://becquerel.jinr.ru/ 
2.  R.R.Kattabekov, K.Z.Mamatkulov 
et al. // Phys. At. Nucl. 2010. V.73. P.2110. 
 
 

 
103 
TEMPERATURE PARAMETERS FOR CARBON 
FRAGMENTATION AT 0.6 GeV/N
 
 
Abramov B.M.
1
, Alexeev P.N.
1
, Borodin Yu.A.
1
, Bulychjov S.A.
1
, 
Dukhovskoy I.A.
1
, Krutenkova A.P.
1
, Kulikov V.V.
1
, Martemianov M.A.
1
, 
Mashnik S.G.
2
, Matsyuk M.A.
1
, Turdakina E.N.
1
, Khanov A.I.
1
 
1 
Institute for Theoretical and Experimental Physics SRC KI, Moscow, Russia; 
2 
Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, NM, USA 
E-mail: [e-mail] 
 
Momentum  distributions  of  nuclear  fragments  from 
12
C  fragmentation  on  a 
Be  target  were  measured  at  3.5
o
  in  the  FRAGM  experiment  [1]  at  the  ITEP 
TWA heavy ion accelerator. The fragments were selected by correlated time of 
flight and dE/dx measurements with a magnetic spectrometer with scintillation 
counters. The main attention was drawn to the high momentum region where the 
fragment velocity exceeds the velocity of the projectile nucleus. At energy 0.6 
GeV/nucleon  the  momentum  spectra  of  fragments  span  the  region  of  the 
fragmentation  peak  as  well  as  the  cumulative  region.  The  differential  cross 
sections  cover  three-six  orders  of  magnitude  depending  on  the  fragment.  The 
shapes of the momentum spectra are compared to the predictions of four ion-ion 
interaction  models:  INCL++,  LAQGSM03.03,  QMD  and  BC.  The  kinetic 
energy  spectra  of  the  fragments  in  the  projectile  rest  frame  are  fitted  with  the 
sum of two exponents with different slope parameters. The temperatures of the 
source extracted from the slope parameters are 5–8 MeV for a soft component 
and 15–30 MeV for a hard component. For each fragment the temperatures are 
compared with the predictions of the above mentioned models as well as with 
those measured at 1 GeV/nucleon in Au+Au interactions [2]. A dependence of 
these temperatures on the fragment type is discussed. 
 
1.  B.M.Abramov 
et al. // JETP Lett. 2013. V.97. P.439; Kulikov et al. // POS 2015. 
Baldin ISHEPP XXII. P.079.
 
2.  T.Odeh 
et al. // Phys. Rev. Lett. 2000. V.84. P.4557. 
 
 

 
104 
SPALLATION REACTIONS 
197
Au (
11
B, Xn Yp) 
AT ENERGY 24 MeV/N 
 
Demekhina N.A.
1,2
, Balabekyan A.R.
3
, Karapetyan G.S.
4
 
1 
Yerevan Physics Institute, Armenia; 
2 
Joint Institute for Nuclear research, Russia; 
3 
Yerevan State University, Armenia; 
4 
Instituto de Fisica, Universidae de Sao Paulo,
 Brazil
 
E-mail: [e-mail] 
 
Spallation  reactions  were  measured  on 
11
B  beam  (Dubna,  Russia  U-400M 
accelerator cyclotron) at incident energy 24 MeV/N in 
197
Au. The target stacks 
method  was  used  for  energy  distribution  over  the  energy  range  from  264~137 
MeV. The presented data are the isobaric residual distributions in mass region 
near  target  mass  number  205–188  u,  produced  in  complete  and  incomplete 
fusion with 
11
B and with different parts produced in the decay throw projectile 
inelastic  scattering  (
11
B→
7
Li  +  α;  2α  + 
3
He)  in  the  target  Coulomb  or  nuclear 
field. The thresholds of these break up reactions are high enough in comparison 
with weekly bound nuclei, but taking into account the energy of the incident 
11
B 
beam and the Q value of α-particle separation equal to 8.664 MeV we suppose 
that 
11
B is stable but weekly decaying nucleus [1]. The mass distributions of the 
reaction  products  in  different  Au-plates  were  compared  with  PACE-4 
calculation.  This  model,  presented  evaporation  code,  considers  the  complete 
fusion  only  without  other  type  interaction  as  projectile  break  up  and  transfer 
processes. The disagreements calculated and experimental data can be related to 
contribution  of  the  incomplete  fusion  not  considered  in  frames  of  model.  In  
Fig. 1 (a, b) are shown experimental and calculated data at two extreme energy 
values  234.64±3.5MeV  and  137.5±4  MeV.  The  presented  data  are  shown  that 
heavy  reaction  products  from 
11
B+
197
Au  reactions  at  both  energies  include 
substantial components from incomplete fusion as well as complete fusion. At 
high  energies  the  incomplete  fusion  differs  the  mass  yield  distribution  more 
essentially.  The  similar  conclusion  was  made  within  framework  at  break  up 
fusion model with other kind projectiles near and above Coulomb barrier [2].  
 
 
Fig. 1. 
 
1.  L.R.Gasques, D.J.Hinde et al. // Phys. Rev. C. 2009. V.79. 034605. 
2.  D.P.Singh et al. // Phys. Rev. C. 2009. V.80. 014601. 
 

 
105 
MULTINUCLEON TRANSFER REACTIONS IN 
18
O+Tа
 
 
Mendibayev K.
1,2
, Lukyanov S.
1
, Ivanov M.
1
, Kuterbekov K.
3
, Maslov V.
1
, 
Penionzhkevich Yu.
1
, Skobelev N.
1
, Sobolev Yu.
1
, Voskoboinik E.
1
 
1 
Flerov Laboratory of Nuclear Reactions, Dubna, Russian Federation; 
2 
Nuclear Physics Institute, Almaty, Kazakhstan; 
3 
L.N. Gumilyov Eurasian National University, Astana, Kazakhstan 
E-mail: [e-mail] 
 
Alternative method for the production of the exotic nuclei is the multinucleon 
transfer.  Multinucleon  transfer  reactions  occurring  in  low-energy  collisions  of 
heavy ions are currently considered to comprise the most promising method for 
the production of new heavy neutron-rich nuclei, which could be not obtainable 
by other reaction mechanisms. 
The aim of this study is a measuring of production cross section in the case of 
the 
18
O projectile. In order to use opportunity of utilizing of secondary beams, 
knowledge  of  the  relevant  production  cross  sections  is  essential.  The 
experiments with 
18
O beams of energies E = 15 MeV/A were carried out at the 
U400 cyclotron of the Flerov Laboratory of Nuclear Reactions (JINR) using the 
high  resolution  magnetic  separator  MSP-144.  During  the  experiment, 
identification of products were determined by measuring of energy loss ΔE and 
residual energy E
r
 delivering by the Si-Si(Li) telescope, located in external focal 
plane of the MSP-144 spectrometer.  
The  experimental  differential  cross  sections  for  producing  oxygen  isotopes 
was analyzed as a function of Q
gg
 for different target-projectile combinations at 
various projectile energies. Making use of the Q
gg
 systematics, it was possible to 
estimate the yields of nuclei lying far from the stability line. We estimated the 
differential  production  cross  section  for 
24
O  by  linear  regression  of  the  Q
gg
 
systematics. The obtained value is much less than predicted in [1]. The reaction 
channels  (–xp,  ±  nx)  are  preferable  comparing  with  pure  neutron  pick-up 
channel. Additionally, the production cross sections in the reaction 
18
O+Ta are 
compared with the reaction 
22
Ne+Ta, leading to the production of neutron rich 
oxygen isotopes. The use of a beam of 
22
Ne gives larger value of cross section 
for the O isotopes due to higher probabilty of the (–xp, ± nx) channels.  
 
1.  V.I.Zagrebaev 
et al. // Phys. Rev. C. 2014. V.89. 054608. 
 
 

 
106 
TENSOR ANALYSING POWER COMPONENTS  
OF THE NEGATIVE PION PHOTOPRODUCTION  
ON DEUTERON 
 
Gauzshtein V.V.
1
, Gramolin A.V.
2
, Dusaev R.R.
1
, Loginov A.Yu.
1
,  
Nikolenko D.M.
2
, Rachek I.A.
2
, Sadikov R.Sh.
2
, Stibunov V.N.
1
,  
Toporkov D.K.
2
, Shestakov Yu.V.
2
, Zevakov S.A.
2
 
1 
Tomsk Polytechnic University, Tomsk, Russia; 
2 
Budker Institute of Nuclear Physics, Novosibirsk, Russia 
E-mail: [e-mail] 
 
The results of simultaneous measurements of T
20
, T
21
, and T
22
 components of 
the  tensor  analyzing  power  are  shown  for  the  exclusive  negative  pion 
photoproduction on deuteron, provided  at  the  energy  range 250‒750 MeV  [1]. 
The experiment was performed using internal polarized deuterium target at the 
VEPP-3 electron storage ring with coincidence final proton registration. 
We compare the obtained dependencies with the theoretical predictions have 
been  made  within  the  framework  of  the  spectator  model  and  the  impulse 
approximation  with  FSI.  It  follows  from  this  comparison  that  for  pion 
photoproduction at large proton momenta, it is required to take into account in 
addition to 
πN
 and 
NN
interactions, more complicated mechanisms of reaction, 
in particular, 
ΔN
 interaction in the intermediate states
.
 
This  work  was  supported  by  the  Russian  Foundation  for  Basic  Research 
(grant № 15-02-00570-a).
 
 
1.  V.V.Gauzshtein 
et al. // Physics of Atomic Nuclei. 2015. V.78. N.1. P.1. 
 
 

 
107 
NEGATIVE PION PHOTOPRODUCTION ON A DEUTERON 
BY QUASI-REAL PHOTONS AT LARGE PROTON 
MOMENTA 
 
Dmitriev V.F.
1
,
 Dusaev R.R.
2
,
 
Gauzshtein V.V.
2
, Loginov A.Yu.
2
, 
Nikolenko D.M.
1
, Rachek I.A.
1
, Stibunov V.N.
2
, Shestakov Yu.V.
1
, 
Toporkov D.K.
1
, Zevakov S.A.
1
 
1 
Budker Institute of Nuclear Physics, Novosibirsk, Russia; 
2 
Natonal Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk, Russia 
E-mail: [e-mail]
 
 
Experimental differential cross sections of photoproduction of negative pions 
on a deuteron have been obtained. A special feature of the experiment reported 
here  is  the  detection  of  both  proton  in  the  final  state  of  the  reaction,  and  with 
large  values  of  the  momenta.  The  experiment  was  performed  on  an  internal 
target  of  the  VEPP-3  electron  storage  ring.  In  the  approximation  of  zero 
scattering angles of the electrons, we investigate the reaction of photoproduction 
of 
π

mesons by quasi-real photons. Coincidence detection of two protons with 
large  momenta  suppresses  the  mechanism  of  quasi-free  photoproduction  by 
increasing the relative contribution of more complex reaction mechanisms. The 
kinematics of pion photoproduction on a deuteron is fully reconstructed from the 
measured energies and proton emission angles. The calculated photon energies 
are in the range 300 – 1200 MeV. The theoretical model [1] lying at the basis of 
the generation of events takes into account the contribution of the diagrams of 
the  impulse  approximation  and  the  diagram  of  pion-nucleon  and  nucleon-
nucleon  rescattering.  The  satisfactory  agreement  of  the  experimental  data  with 
the  theoretical  predictions  arrived  within  the  traditional  framework  of  the 
impulse approximation with 
πN
 and 
NN
 rescattering speaks about the fact that 
the  contributions  of  all  the  most  important  resonances  from  second  resonance 
region  are  taken  into  account  in  the  elementary  amplitude  of  pion 
photoproduction on a nucleon. 
This  work  was  supported  by  the  Russian  Foundation  for  Basic  Research 
(grant № 15-02-00570-a). 
 
1.  A.Yu.Loginov 
et al. // Yad. Fiz. 2000. V.63. №1. P.478. 
 
 

 
108 
CROSS SECTIONS OF THE REACTIONS  
14
N(
,2n)
12
N, 
14
N(
,2p)
12
B, 
13
C(
,p)
12
B  
 
Achakovskiy O.I.
1
, Belyshev S.S.
2
, Dzhilavyan L.Z.
3
, Pokotilovski Yu.N.
4
  
1 
Leypunsky Institute for Physics and Power Engineering”, Obninsk, Russia; 
2 
Physics Faculty of Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia;  
3 
Institute for Nuclear Research of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia; 
4 
Frank Laboratory of Neutron Physics, Joint Institute for Nuclear Research, Dubna, Russia 
E-mail: [e-mail] 
 
The  reactions 
14
N(
,2n)
12
N, 
14
N(
,2p)
12
B, 
13
C(
,p)
12
B
 
are  used  in 
photonuclear  method  under  development  for  detection  of  hidden  explosives  
(see,  e.g.,  [1]).  The  cross  sections  of  these  reactions  determine  feasibility, 
sensitivity  and  reliability  of  the  method.  We  compiled  existing  experimental 
data and results of model calculations of these cross section as from literature as 
fulfilled  by  us  using  the  codes  TALYS  [2]  and  EMPIRE  [3]  and  analyzed  all 
these data. 
For  the  reaction 
13
C(
,p)
12
B  there  are  the  experimental  cross  sections  from 
three  independent  experiments  with  acceptable  for  a  case  level  of  agreement 
between  them.
 
But  there  are  the  only  experimental  results  for  each  of  the 
reactions 
14
N(
,2n)
12
N  and 
14
N(
,2p)
12
B  which  were  obtained  at  high  levels  of 
background  and  with  rather  pure  accuracies  and  not  for  the  cross  sections 
themselves but for integral values, connected with these cross sections. 
The codes for modeling nuclear reactions were developed in time and now at 
least for TALYS and EMPIRE the model cross sections for all three reactions 
are  in  agreement  with  each  others  but  they  are  lower  than  corresponding 
experimental  ones  on  about  one  order  of  magnitude.  It  is  interesting,  that  in 
recently  published  work  [4]  from  CERN  it  was  pointed  out  on  similar 
underestimations of model cross sections obtained with the codes TALYS and 
EMPIRE.  
We  concluded  that  there  is  strong  necessity  to  make  new  measurements  of 
the cross sections for 
14
N(
,2n)
12
N- and 
14
N(
,2p)
12
B- reactions. That is why we 
took  serious  attention  to  analysis  of  the  details  of  used  earlier  experimental 
techniques. 
 
1.  L.Z.Dzhilavyan 
et al. Proc. Seminar “EMIN-2009” INR RAS, Moscow. 2010.  
2.  TALYS-1.6. http://www.talys.eu/.  
3.  M.Herman
 et al. EMPIRE–3.1 Rivoli. User's Manual
. 
February 8, 2012. 
4.  P.Žugec 
et al. // Phys. Rev. C. 2014. V. 90. 021601. 
 
 

 
109 
POSSIBILITIES TO SEPARATE IVE1 & IVE2 GIANT 
RESONANCES BY FORWARD-TO-BACKWARD 
ASYMMETRIES MEASURED WITH NEUTRON 
THRESHOLD DETECTORS 
 
Dzhilavyan L.Z. 
Institute for Nuclear Research of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia 
E-mail: [e-mail] 
 
There are serious problems and connected with them contradictions of data at 
separation  of  the  isovector  electric  quadrupole  (IVE2)  from  the  prevailing 
isovector electric dipole (IVE1) giant resonances (GR) (see, e.g., [1]). To solve 
these  problems  it  is  necessary  to  use  some  ways  for  enlarging  relative 
contributions  connected  with  IVE2  GR.  In  [1]  there  was  used  for  it  method 
based  on  measuring  of  the  forward-to-backward  asymmetry  of  fast  neutron 
emission  in  (
,n)-reactions  [(d/d)

 
  (d/d)

]/[(d
/d)

 
  (d/d)

], 
where 
  is  an  angle  of  fast  neutron  emission  with  respect  to  a  direction  of 
incident  photons.  In  [1]  there  were  used  tagged  bremsstrahlung  photons  and 
time-of-flight  neutron  spectrometers  (see  on  Fig.  (a)  the  values  of  this 
asymmetry obtained in [1] for lead in dependence on photon energies E

). 
It  is  suggested  here  to  use  for  these  purposes  high  intensity  total 
bremsstrahlung together with high efficiency neutron threshold detectors, based, 
e.g.,  on  the  reaction 
16
O(n,p)
16
N  (see  on  Fig.  (b)  [2]  its  cross  section  in 
dependence  on  neutron  energies  E
n
).  Taking  into  account  the  thresholds  of  
(
,n)-reactions  on  lead  (7–8 MeV)  we  may  expect  for  electron  energies 
>~ 40 MeV  the  analogous  asymmetries  of  (
,n)-reaction  yields  connected  with 
IVE2 GR to be about tens of percents with better statistical uncertainty levels. 
 
 
 
Fig. Forward-to-backward asymmetry in (

, n)-reaction for lead [1] (a) and the cross 
section of the 
16
O(n, p)
16
N - reaction [2] (b). 
 
1.  T.Murakami 
et al. // Phys. Rev. C. 1987. V.35. P.479.  
2.  I.A.De Juren 
et al. // Phys. Rev. 1962. V.127. P.1229. 
 

 
110 
PARTIAL PHOTONEUTRON REACTION CROSS SECTIONS 
DATA FOR 
63,65