Structure et spectroscopie du noyau exotique d'oxygène 24 par diffusions élastique et inélastiques de proton avec les détecteurs MUST2 à RIKEN

par Simon Boissinot

Thèse de doctorat en Physique nucléaire

Sous la direction de Valérie Lapoux.

Soutenue le 12-09-2013

à Paris 11 , dans le cadre de Ecole doctorale Particules, Noyaux, Cosmos (2009-2015 ; Paris) , en partenariat avec CEA Saclay . Institut de Recherche sur les lois Fondamentales de l'Univers (IRFU). Service de Physique Nucléaire. (laboratoire) et de Service de Physique Nucléaire (laboratoire) .

Le président du jury était Elias Khan.

Le jury était composé de Valérie Lapoux, Elias Khan, Wolfgang Mittig, Kirby Kemper, François De Oliveira Santos, Marek Ploszajczak, Tomohiro Uesaka.

Les rapporteurs étaient Wolfgang Mittig, Kirby Kemper.


  • Résumé

    Les études de structure et de spectroscopie réalisées sur les noyaux radioactifs durant les trois dernières décennies ont montré que la structure en couches des noyaux évolue vers la drip-line et que de nouveaux nombres magiques peuvent apparaître. Les noyaux doublement magiques sont très rares mais ils représentent des tests très contraignants pour les théories et leur modélisation de l'interaction nucléaire.Dans ce contexte, nous avons étudié la structure et la spectroscopie du noyau doublement magique d'oxygène 24, situé à la drip-line neutron, via la diffusion élastique et inélastiques de protons (p,p'). L'expérience a été effectuée à RIKEN sur la ligne BigRIPS, avec le faisceau de noyaux d'oxygène 24 produit à 263 MeV/n par RIBF à une intensité inégalée (1780/s), et le détecteur de particules chargées de dernière génération MUST2. L'analyse des données de cette thèse a permis de reconstruire : le spectre en énergie d'excitation du noyau d'oxygène 24 jusqu'à 35 MeV à partir de la cinématique des protons diffusés en utilisant la méthode de la masse manquante, et la distribution angulaire entre 4 et 30 degrés c.m. de la section efficace élastique exclusive (p,p) via une triple coïncidence noyau-proton-noyau. Sous le seuil de séparation de deux neutrons (S2n) la statistique est trop faible pour obtenir les deux états excités mesurés par deux expériences menées à plus basse énergie incidente. Au dessus du S2n des structures sont observées pour la première fois grâce à la gamme étendue accessible en énergie d'excitation. La mesure des états excités situés à ces énergies permettrait de tester les études théoriques menées sur les excitations dipolaires de basse énergie des noyaux légers riches en neutrons. La statistique obtenue pour la diffusion élastique de protons est suffisante pour extraire la distribution angulaire exclusive (p,p) des isotopes d'oxygène 24,23,22,21. Ces résultats constituent une référence inédite pour étudier le potentiel d'interaction proton-noyau autour de 260 MeV/n. La comparaison entre les données élastiques et les calculs de réaction réalisés à partir d'un potentiel microscopique, dépendant de la densité du noyau et construit avec la matrice G, nous indique que ce potentiel est satisfaisant; mais que l'inclusion, dans un futur modèle en voies couplées à haute énergie, de l'élastique et du knockout de quelques neutrons apparaît nécessaire. Les rayons quadratiques moyens des derniers isotopes pair-pair liés d'oxygène ont pu être estimés : rm(22O)=3+-0.1 fm et rm(24O)=3.25+-0.2 fm.

  • Titre traduit

    Structure and spectroscopy of the Oxygen-24 drip-line nucleus from elastic and inelastic proton scattering using MUST2 detectors at RIKEN


  • Résumé

    The studies of structure and spectroscopy performed on radioactive nuclei during the last three decades have shown that the nuclear shell structure changes towards the drip-line and local magic numbers may appear. Doubly-magic nuclei are very rare but represent stringent tests for theories and their modelling of the nuclear interaction.In this context, we have investigated the structure and spectroscopy of the drip-line doubly-magic nucleus 24O via proton elastic and inelastic scattering (p,p'). The experiment was performed at RIKEN in the BigRIPS line, using the 24O beam produced at 263 MeV/n with RIBF with a high intensity (1780/s), and the state-of-the-art MUST2 charged particle detector. The analysis of the data gives the reconstruction of : the 24O excitation energy spectrum up to 35 MeV with the scattered proton kinematics using the missing mass method, and the angular distribution of exclusive (p,p) elastic cross section between 4 and 30 degrees c.m. via a triple coincidence nucleus-proton-nucleus. Below the two-neutron separation threshold (S2n) the statistics is too low to obtain the two excited states measured by previous experiments done at lower incident energies. Above the S2n structures are observed for the first time due to the large excitation energy range of the excitation spectra. The measurement of the excited states located at these energies would allow to test theoretical studies of low-energy dipole excitation in light neutron-rich nuclei. The statistics obtained for proton elastic scattering is sufficient to extract the exclusive (p,p) angular distributions of the 24,23,22,21O isotopes. These results constitute a new benchmark to explore proton-nucleus interaction potential features around 260 MeV/n. The comparison of elastic data set to the reaction calculations done with the microscopic reaction approach based on the G-matrix density-dependent potential indicates that this potential is suitable. However, it remains to include both the elastic and the knockout reactions in a future complete coupled channel reaction model at high energy. The root-mean-square radii of the two last bound even-even isotopes have been estimated: rm(22O)=3+-0.1 fm et rm(24O)=3.25+-0.2 fm.


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud. Service commun de la documentation. Bibliothèque électronique.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.