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Structures exotiques des noyaux

Dernière mise à jour : lundi 16 avril 2012, par Nicolas Busser

Etats cluster et autres états intrus de la couche SD

Le groupe CAN a été fortement impliqué dans l’étude expérimentale des états résonnants pour les noyaux N=Z, dans la caractérisation d’autres états intrus de la couche sd ainsi que dans la mesure de sections efficaces de réactions nucléaires sous la barrière coulombienne.

En particulier, concernant les états cluster dans les noyaux de la couche sd, une étude de résonances étroites est menée par l’équipe dans plusieurs types de systèmes dans le cadre d’une collaboration internationale entre l’IPHC, l’Université de York (UK), le Laboratoire National de Legnaro (Italie) et le laboratoire Triumf (Vancouver, Canada). Les états résonnants à haut spin ont été explorés dans le système 24Mg+24Mg : des effets des résonances ont été mesurés dans les voies inélastiques et de fusion. Il a été montré que la réaction 24Mg+24Mg permet d’alimenter le noyau 48Cr dans une forme prolate très déformée qui est celle obtenue après la transition de Jacobi et avant la fission [1]. Un programme de recherche concernant les réactions de capture radiative (CR) entre ions lourds 12C+12C et 12C+16O autour de la barrière de Coulomb a été initié par notre groupe. Le processus de CR résonnante à bas spin a été utilisé pour mesurer l’alimentation éventuelle d’états très déformés, de type moléculaire, et en particulier la décroissance γ spécifique de ces d’états. Les spectromètres DRAGON (Triumf) et FMA (Argonne, US) ont été utilisés pour la détection des noyaux composés 24Mg et 28Si à 0° et les multidétecteurs γ BGO et Gammasphere pour la détection des γ en coïncidence. Une étude plus récente de capture radiative résonnante a été effectuée à des énergies sous la barrière de Coulomb. Les expériences de CR ont permis d’alimenter les noyaux composites 24Mg et 28Si à des énergies d’excitation autour de 20-25 MeV et de mettre en évidence pour la première fois une forte alimentation d’états doorways autour de 10-11 MeV, où sont prédits les états clusters de type 12C-12C et 12C-16O de basse énergie. Ceci pourrait représenter la première mise en évidence de transitions γ entre états moléculaires [2]. Les données actuelles ne permettent pas de déterminer sans équivoque la part statistique et structurale de la décroissance. Ceci sera rendu possible par l’utilisation du spectromètre PARIS, de grande efficacité et de bonne résolution dans la plage d’énergies concernée par notre étude. Le groupe est ainsi impliqué dans la collaboration autour du futur calorimètre PARIS.

Les états cluster étudiés ici ne sont pas reproduits par des calculs de modèle en couches standard, mais seulement en considérant des excitations de type nħw. L’équipe s’intéresse également à ce type d’excitations autour de N=20. Le mécanisme de transfert multiple de neutrons a été utilisé pour peupler des isotopes moyennement riches en neutrons de Si, P, S et Cl dans la réaction 36S+208Pb dans une collaboration menée par l’IPHC et l’University of West Scotland. Une étude spectroscopique de ces noyaux a été effectuée au Laboratoire National de Legnaro (LNL) en utilisant le spectromètre de grande acceptance PRISMA et le mutlidétecteur γ CLARA. Les résultats ont été interprétés à l’aide de calculs de modèle en couches utilisant une interaction sdpf 0 et 1ħw développée dans l’équipe en étroite collaboration avec l’équipe Modèle en Couches de l’IPHC. L’équipe a par ailleurs été grandement impliquée dans le programme d’étude de la fusion aux très basses énergies dans les noyaux mi-lourds au LNL, en particulier dans les systèmes Ca+Ca ainsi que dans une collaboration avec le groupe de Pékin où nous avons démontré l’importance de coupler les réactions de transferts de plusieurs neutrons et le processus de break up sous la barrière coulombienne.

Finalement, nous avons participé aux expériences INDRA et CHIMERA, respectivement au GANIL et à Catane (Italie), destinées à montrer l’importance de la dépendance en isospin (projet ISODEC) dans l’émission de fragments de masse intermédiaire du processus de fusion à basses énergies de bombardement (i.e. inférieures à 10 MeV/nucléon).

L’activité scientifique autour de la structure en états cluster et en molécules des noyaux légers (Editions d’ouvrages [3], organisation de conférences, d’ateliers, d’écoles etc..) a été de plus particulièrement marquante ces quatre dernières années.

Noyaux exotiques

Cette activité du groupe CAN porte sur l’étude de la structure des noyaux au voisinage de N=50 ainsi que sur la déformation tétraédrique qui concerne tout le tableau périodique.

Dans les noyaux riches en neutrons, les gaps N=20 dans 32Mg et N=28 dans 42Si disparaissent alors que le gap N=82 subsiste pour 132Sn. La question est donc posée du comportement du gap N=50 et, en se rapprochant de 78Ni, de l’impact du gap proton Z=28. L’effet du gap neutron est testé dans les noyaux Ge à Zn N 50 produits par réactions profondément inélastiques au LNL, expérience CLARA-PRISMA où l’IPHC est co porte-parole. Le possible croisement des orbitales πf5/2 et πp3/2 dans les cuivres peut être partiellement testé par l’étude de la décroissance β à ISOLDE des noyaux 71,73,75Zn. Ces deux études firent l’objet d’une thèse. Afin de mesurer le gap N=50 pour contraindre l’interaction développée à l’IPHC pour les calculs de type modèle en couches et d’en déduire l’impact sur les noyaux déformés N=40 Fe et Cr, les états excités neutrons de 69Ni ont été peuplés par réactions de transfert en cinématique inverse au GANIL (expérience MUST2-LISE3 où l’IPHC est co porte-parole). Les premiers résultats de ce travail de thèse sont présentés en figure 1 [4]. Une expérience AGATA- PRISMA-plunger différentiel pour la mesure de la durée de vie d’états des noyaux N=51 a eu lieu fin 2011 au LNL. Elle doit permettre d’établir le caractère collectif ou à particules individuelles des premiers états excités et, de fait, tester l’ordre des orbitales prédit par l’interaction la plus récente développée à l’IPHC dans le cadre du modèle en couches.

Dans le même esprit, le groupe étudie l’évolution de la structure des noyaux riches en neutrons autour de N = 82 et près et au-delà de 132Sn. Des lettres d’intention ont été déposée auprès du SAC SPIRAL2 et pour le projet SPES à Legnaro pour des mesures des moments nucléaires avec le spectromètre GALILEO pour des isotopes riches en neutrons autour de 132Sn et les isotopes Sn-Pd riches en protons.

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Figure 1 : Spectre d’énergie d’excitation de 69Ni présentant l’état fondamental et le premier état excité. La composante principale des fonctions d’onde de ces deux états est respectivement g9/2 et d5/2. La faible énergie d’excitation de l’état excité contribue à la déformation des états de bas spin des noyaux de Fe et Cr N 40.

Les symétries de Haut-Rang en structure nucléaire sont les symétries tétraédrique et octaédrique. Physiquement, elles sont les seules pouvant engendrer des états nucléaires quadruplement dégénérés et ainsi de nouveaux nombres quantiques. Elles sont prédites comme jouant un rôle important sur la stabilité des noyaux autour des fermetures de couches Zt, Nt = 32, 40, 56-58, 64, 70, 90-94, 136-138. Afin de les étudier, la collaboration transatlantique TetraNuc a été initiée par l’IPHC. Depuis 2007, 11 expériences avec le groupe CAN comme (co)porte-parole ont été réalisées dans la région des terres rares grâce aux ressources de laboratoires mondiaux (IPNO, LNL, ILL, ANL, JYFL). Les premiers résultats montrent que la signature expérimentale est plus difficile à établir qu’initialement envisagée [5]. La région des Actinides autour de Z=92 est probablement plus prometteuse grâce à l’action combinée des deux symétries et son étude a commencé.


[1M.-D.Salsac et al, Nucl.Phys. A801, 1 (2008)

[2S. Courtin et al, Acta Phys. Pol. B 42 (2011) 757 et références associées

[3Lecture Notes in Physics 818, (2010), Ed. C. Beck –Clusters in nuclei- Vol.1 (Springer-Verlag, Berlin 2010)

[4M. Moukaddam, Acta Phys. Pol. B42, 541 (2011)

[5D. Curien et al. J.Phys. CS 205 (2010) 012034