霍伊尔态实验 E0 衰变分支比的精度改进

恒星碳合成仅通过 $3\alpha$ 过程发生，其中三个 $\alpha$ 粒子融合形成激发态的 $^{12}$C 霍伊尔态，随后经电磁衰变至基态。霍伊尔态位于 $\alpha$ 阈值之上，恒星碳产生速率取决于该态的辐射宽度。辐射宽度无法直接测量，必须结合三个分别测量的量来推导。其中一个量是霍伊尔态的 $E0$ 衰变分支比，当前辐射宽度 $10$\% 的不确定度主要源于该分支比的不确定度。$E0$ 分支比由一系列对 $^{12}$C 中 $0^+_2$ 霍伊尔态和 $2^+_1$ 态退激的 $E0$ 与 $E2$ 跃迁的电子对转换测量推导得出。激发态由 $^{12}$C$(p,p^\prime)$ 反应在 10.5 MeV 束流能量下布居，电子-正电子对由澳大利亚国立大学的电子对谱仪 Super-e 探测。推导的分支比需要已知两态的质子布居以及反应中 $2^+_1$ 态的排列。为此，还进行了质子散射和 $\gamma$ 射线角分布实验。当前工作推导出 $E0$ 分支比为 $\Gamma^{E0}_{\pi}/\Gamma=8.2(5)\times10^{-6}$，并基于以往文献值与新结果的加权平均推荐采用值 $\Gamma^{E0}_{\pi}/\Gamma=7.6(4)\times10^{-6}$。新推荐的 $E0$ 分支比较先前采用值 $\Gamma^{E0}_{\pi}/\Gamma=6.7(6)\times10^{-6}$ 大约高 14%，而不确定度由 9% 降至 5%。