Au Ganil  
     
 
L'expérience NEEC : excitation nucléaire par capture électronique
Mesure des moments nucléaires des noyaux isomères
 
     
  Mesures des moments nucléaires des noyaux isomères  
     
 
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.
 
     
 
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.
 
  Dispositif expérimental
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Afin de mener à bien de tels mesures nous utilisons la technique TDPAD (Time Dependent Perturbed Angular Distribution) qui est basée sur la distribution angulaire des rayonnements γ émis provenant de la désexcitation des états isomères. Cette technique requiert un alignement des spins de l’état étudié correspondant à un axe d’orientation particulier qui survient au cours de la réaction. Le spin de l'état isomère implanté dans un cristal de structure adéquate et soumis à un champ externe effectue un mouvement de précession autour d'un axe. Le champ externe est un champ magnétique pour la mesure du moment gyromagnétique et le gradient du champ électrique régnant à l'intérieur pour la mesure du moment quadrupolaire. Ayant donc initialement un axe privilégié, le rayonnement γ provenant de la désexcitation de l’état isomère a aussi un axe d’émission privilégié. La mesure de ce rayonnement par des détecteurs γ situés à différents angles nous permet d’extraire la fréquence de précession de l’état isomère qui est directement liée au moment nucléaire.
Méthode TDPAD  
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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.
 
     
  Mécanisme de production de noyaux exotiques isomères  
     
 
Plusieurs types de mécanisme de réaction nucléaire produisant des noyaux exotiques sont étudiés.
 
     
 
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.
 
  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.

 
     
  Mesures au voisinage de la couche νg9/2  
     
 
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.
 
     
 
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 g9/2 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.
 
  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 g9/2 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.
 
     
 
  Consultez le thème de recherche correspondant : la structure du noyau
 
     
 
  Consultez le thème de recherche correspondant : l'isomérie
 
     
   
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