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Au Ganil
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Mesures des moments nucléaires des noyaux isomères
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La mesure des moments nucléaires permet d’explorer finement la structure
nucléaire. La mesure du moment
magnétique apporte des informations sur les orbitales
occupées par les particules individuelles. La valeur
de ce moment magnétique est directement liée à
l'orbitale sur laquelle se trouve le nucléon le moins lié.
Cette mesure apporte une information sur le spin de l’état mesuré.
Elle dépend d'un éventuel mélange
de configuration où le dernier nucléon peut
avoir une probabilité de présence
dans plusieurs orbitales nucléaires. En complément,
le moment quadripolaire apporte des informations sur la structure
collective du noyau dans l’état mesuré
donnant accès directement à sa déformation.
Parce qu’ils ne dépendent que de la fonction
d’onde de l’état étudié et
non d’une transition entre états comme pour les
probabilités de transitions ou les facteurs spectroscopiques,
la mesure de ces moments est un bon test des modèles
nucléaires.
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Le Service de Physique Nucléaire
est impliqué dans les mesures des facteurs gyromagnétiques
(ou moments magnétiques) des états isomères.
Différents types de réactions nucléaires
peuvent être utilisés pour peupler ces états
dans des noyaux exotiques, c’est-à-dire
instables et n’existant pas sur terre à
l’état naturel. Ceci nous permet d’accéder
aux propriétés nucléaires dans des régions de la carte
des éléments éloignées de la vallée de stabilité. On
peut par exemple citer des expériences de fragmentation
du projectile (GANIL, GSI, MSU), des expériences
de transfert de particules en cinématique directe
de type (d,p) (Orsay, Bruyères-le-Châtel)
comme en cinématique inverse (SPIRAL, SPIRAL2,
ALTO), des expériences utilisant des fragments
de fission séparés en ligne (GSI, ILL)
et des expériences utilisant la fusion-évaporation
(Orsay, Bruyères le Châtel, GANIL). Les
moments magnétiques μ des 61mFe
et 65mNi ont été mesurés.
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Dispositif expérimental
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La mesure du moment magnétique μ est une première
étape avant de mesurer le moment quadripolaire Q. Jusqu’à
très récemment, les moments quadripolaires étaient mesurés
par réaction de fusion-évaporation. Ce type
de réaction ne permet pas d’accéder à
des noyaux très riches en neutrons en utilisant des
faisceaux et des cibles stables.
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Mécanisme de production de noyaux exotiques isomères
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Plusieurs types de mécanisme de réaction nucléaire
produisant des noyaux exotiques sont étudiés.
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Réaction de fragmentation du projectile :
La réaction de fragmentation du projectile permet d’avoir accès
à des noyaux exotiques. Les fragments produits peuvent
aussi bien être riches en protons qu'en neutrons.
La fragmentation du projectile peut être approximée
comme une abrasion soudaine d’une partie du noyau
projectile par la cible. L’observation de l’alignement
du spin de l’état isomère du 43mSc a
été réalisée par fragmentation
d’un faisceau de 46Ti à une énergie
relativiste de 500 MeV/u par Schmidt-Ott.
Auparavant, des mesures d’orientation des spins des
états fondamentaux ont prouvé que la réaction
de fragmentation conduisait à un alignement et/ou à
une polarisation des fragments.
Ce phénomène est décrit qualitativement
avec le modèle participant-spectateur, le spectateur étant
le fragment sélectionné et le participant
représente les nucléons enlevés du
projectile et de la cible. Des expériences ont récemment
validées ce modèle, des mesures de polarisation,
d’alignement et de peuplement de niveaux isomères
ont été réalisées.
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Fragmentation nucléaire
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Réaction de transfert :
La réaction de transfert de type (d,p) permet de produire des noyaux de recul
dont les spins sont alignés. Une première expérience de mesure du moment magnétique de
l'isomère du 65Ni par réaction 64Ni(d,p)65mNi,
sur le tandem de Bruyères-le-Chatel, a permis de tester la méthode. La variation de
l'énergie du faisceau a permis d'observer la variation de plusieurs paramètres, tels
que le peuplement de l'état isomère et l'alignement des spins. L’étude de
ce type de réaction permettra d’optimiser les
conditions expérimentales afin de mener à
bien de telles mesures en cinématique
directe ou en cinématique inverse à l’aide
de faisceaux exotiques de type SPIRAL2 et ALTO.
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Mesures au voisinage de la couche νg9/2
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La région des noyaux riches en neutrons autour du 68Ni
a été le sujet d’une activité importante
aussi bien théorique qu’expérimentale. Les
expériences sur les premiers états excités
du 68Ni suggèrent une importante stabilité autour
de la sous-couche N=40 alors que l’énergie de séparation
de deux neutrons n’indique pas de fermeture de sous-couche.
Que ce soit pour N=40 ou N=50, la structure nucléaire
de ces noyaux dépend du comportement de l’orbitale
g9/2 neutron.
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61mFe
: Une expérience consistant à mesurer
le moment magnétique μ, ou facteur gyromagnétique
g, d’un état isomère dans un noyau
instable riche en neutrons de 61Fe a été
réalisée avec succès au GANIL en
décembre 2002. La mesure du moment magnétique
de cet état a permis d’extraire la contribution
de l’orbitale g 9/2 dans la fonction
d’onde et de déterminer sans ambiguïté
le spin de l’état 61mFe. Cette
expérience a permis de valider la méthode
utilisée et de prouver la faisabilité
technique de la mesure des moments magnétiques
μ de noyaux isomères produits par fragmentation
du projectile. Le facteur gyromagnétique mesuré
de l’état isomère a été
comparé aux prédictions du modèle
en couches. Celui-ci reproduit de façon assez
correcte la valeur du facteur g et l’énergie
d’excitation de l’état 9/2 +.
Les calculs faits au sein du Service de Physique Nucléaire
prédisent une déformation rigide oblate
(aplatie) importante pour cet état alors que
le fondamental est rigide et de déformation prolate
(allongée). Selon les résultats préliminaires,
la mesure du moment quadripolaire effectuée en aout
2005 au GANIL a permis de vérifier cette prédiction.
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Résultats 61Fe
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65mNi
: Une expérience dédiée à
la mesure du moment magnétique μ du 65mNi a eu lieu
au tandem de l’IPN orsay. Ce noyau exotique a été
produit par réaction de transfert d’un neutron
sur une cible de 64Ni. Cette expérience a été
réalisée en mars 2004 en utilisant un faisceau
de deutons. La mesure
du moment magnétique de cet état a permis
d’extraire la contribution de l’orbitale g 9/2
dans la fonction d’onde et de déterminer sans
ambiguïté le spin de l’état 65mNi.
Le facteur gyromagnétique g mesuré est en
accord avec la systématique de mesure dans cette
région.
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