Single-particle states in neutron-rich 69Cu and 71Cu by means of the (d,3He) transfer reaction

par Pierre Morfouace

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Faïçal Azaiez.

Soutenue le 26-09-2014

à Paris 11 , dans le cadre de Ecole doctorale Particules, Noyaux, Cosmos (2009-2015 ; Paris) , en partenariat avec Institut de physique nucléaire (Orsay, Essonne) (laboratoire) .

Le jury était composé de Faïçal Azaiez, Navin Alahari, Daniel Bazin, Elias Khan, Riccardo Raabe, Olivier Sorlin.

Les rapporteurs étaient Navin Alahari, Daniel Bazin.

  • Titre traduit

    Etats de particule individuelle dans les noyaux riches en neutrons de 69Cu et 71Cu au moyen de la réaction de transfert (d,3He)


  • Résumé

    A l'aide de deux réactions de transfert (d,3He), la première avec MUST2 au GANIL et la deuxième avec le split-pole à Orsay, nous avons déterminé la position des états trous de protons dans les noyaux riches en neutrons : le 71Cu (N=42) et le 69Cu (N=40).A partir de la désintégration beta et de la spectroscopie laser, on sait que l'état excité f5/2 chute brutalement en énergie pour N>40 et devient même l'état fondamental dans le 75Cu. Cette chute en énergie a été expliqué par des travaux théoriques notamment à cause de la force tenseur entre les protons et les neutrons. La prédiction sur le partenaire spin-orbite f7/2 est qu'il devrait sentir également un effet à cause de cette force. Expérimentalement, les états trous de proton f7/2 ne sont pas connus pour N>40. Dans le 71Cu, deux états 7/2- sont connus autour de 1 MeV d'énergie d'excitation et sont des possibles candidats pour correspondre à cet état trou de proton. L'expérience au GANIL a eu lieu en mars 2011. Un faisceau secondaire de 72Zn à 38 AMeV a été produit par fragmentation et purifié à travers le spectromètre LISE. La réaction de transfert en cinématique inverse a été étudié à l'aide des télescopes MUST2 plus quatre détecteurs de silicium de 20 micromètres dans le but d'identifier les 3He de basse énergie. Le spectre en énergie d'excitation du 71Cu a été reconstruit grâce à la méthode de la masse manquante, les distributions angulaires ont été extraite et comparé avec un modèle de réaction utilisant les codes DWUCK4 et DWUCK5. A partir de ce travail au GANIL, aucun état n'a été peuplé autour de 1 MeV concluant que le centroid de la force réside à plus haute énergie d'excitation.Nous avalons également mesuré une nouvelle fois la les états trous de proton dans le 69Cu avec la même réaction de transfert mais cette fois en cinématique directe à Orsay dans le but d'étendre les données actuelles sur ce noyau où 60% de la force f7/2 est manquante et dans le but également d'avoir une analyse consistante des facteurs spectroscopiques entre les deux noyaux. Cette analyse consistante nous permet de pouvoir comparer l'évolution du centroid de la force entre les deux isotopes quand l'orbite neutron g9/2 commence à se remplir. Dans cette seconde expérience, nous avons utilisé un faisceau de deuton à 27 MeV produit par le tandem et une cible de 70Zn. Nous avons pu extraire trois nouvelles distributions angulaires et mesurer une nouvelle partie de la force f7/2.Enfin, pour pouvoir interpréter nos résultat, des calculs modèle en couche ont été effectué par le groupe de Strasbourg avec le code Antoine. L'espace de valence utilisé consiste en un coeur 48Ca avec les orbitales protons f7/2, p3/2, f5/2, p1/2 et les orbitales neutron p3/2, f5/2, p1/2, g9/2, d5/2. Les calculs inclus jusqu'à 8p-8h et montrent que la force se situe en effet à haute énergie d'excitation et qu'aucun état de trou de proton n'est calculé autour de 1 MeV.


  • Résumé

    In two (d,3He) transfer reactions with MUST2 at GANIL and the split-pole at Orsay, we have determined the position of the proton-hole states in the neutron-rich 71Cu (N=42) and 69Cu (N=40) isotopes. We have found that in 71Cu the hole strength of the f7/2 orbital lies at higher excitation energies than expected. From beta-decay and laser spectroscopy, the f5/2 first excited particle state in these isotopes was known to come down rapidly in energy when passing N=40 and even become the ground state in 75Cu. This sudden energy shift has been explained in a number of theoretical works. The prediction for the f7/2 spin-orbit partner was that it would change in energy too through a related effect. Experimentally, the f7/2 proton-hole state is not known for N>40. In 71Cu two 7/2- states around 1 MeV are candidates to be a proton-hole.The experiment at GANIL took place in March 2011. A secondary beam of 72Zn at 38 AMeV was produced by fragmentation and purified through the LISE spectrometer. The transfer reaction in inverse kinematics was studied with the MUST2 detectors plus four 20 micrometer silicon detector to identified the 3He of low kinetic energy. The excitation spectrum of 71Cu was reconstruct thanks to the missing mass method and the angular distributions were extracted and compared with a reaction model using the DWUCK4 and DWUCK5 code. From this work no states have been populated around 1 MeV concluding that the centroid of the f7/2 lies at higher excitation energy. We then remeasured the single-particle strength in 69Cu in the corresponding (d,3He) reaction at Orsay in March 2013 in order to extend the existing data where 60% of the f7/2 strength is missing and make sure that there is a consistent analysis of spectroscopic factors between both isotopes in order to well understood and well quantify the evolution of the f7/2 orbital when we start filling the g9/2 orbital. In this second experiment we have performed the reaction in direct kinematics using a deuteron beam at 27 MeV provided by the tandem and a target of 70Zn. In this work we were able to extract three new angular distributions and we have measured a new part of the f7/2 strength.Finally in order to interpret the results we have obtained from those two experiments, state-of-the-art shell-model calculations have been carried out in collaboration with the Strasbourg group using the Antoine code. The valence space consists in a core of 48Ca with the valence orbitals for protons f7/2, p3/2, f5/2, p1/2 and the orbitals p3/2, f5/2, p1/2, g9/2, d5/2 for neutrons. The calculations have been done allowing 8p-8h and show that the strength is indeed at high energy and no f7/2 proton-hole state lies around 1 MeV in 71Cu.


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