Les isotopes d'azote au-delà de la limite de stabilité neutronique : 23N, 24N et 25N

par Quentin Deshayes

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Miguel Marqués.

Le président du jury était Francesca Gulminelli.

Le jury était composé de Miguel Marqués, Elias Khan, Araceli Lopez-Martens, Jérôme Giovinazzo.

Les rapporteurs étaient Elias Khan, Araceli Lopez-Martens.


  • Résumé

    Afin d'étudier les limites d'existence de la chaîne isotopique des azotes, une expérience a été menée au RIBF-RIKEN en utilisant le spectromètre SAMURAI couplé au détecteur de neutrons NEBULA. Les systèmes étudiés - 23N*, 24N et 25N ont été produits via des réactions de knockout de quelques nucléons ou de fragmentation à partir de faisceau secondaires de haute énergie (~250 MeV/nucléon). La méthode utilisée pour caractériser ces systèmes est celle de la masse invariante qui nécessite la cinématique complète des réactions étudiées. Pour interpréter les résultats, une simulation de la totalité du dispositif expérimental a été utilisée. L'étalonnage des détecteurs et les techniques d'analyse ont été testés en sondant l'état fondamental connu du 16B. Dans le cas du 23N, une étude de spectroscopie gamma en vol a permis de confirmer qu'il ne possédait pas d'état excité lié. Nous avons pu le sonder à travers 3 voies de réactions distinctes : Le knockout d'un proton du 24O, la fragmentation à partir du 27Ne et la diffusion inélastique. Dans tous les cas, nous avons observé une résonance l=0 à environ 3,5 MeV d'énergie d'excitation. Cette résonance a été interprétée, en s'appuyant sur des calculs de modèle en couche, comme le premier état excité du 23N de spin parité Jpi=3/2-. Dans l'ensemble des voies une seconde résonance possédant une énergie d'excitation d'environ 5 MeV était nécessaire pour décrire les spectres en énergie-relative fragment-neutron mesurés.Le 24N a été observé pour la première fois lors de notre expérience comme une résonance autour de 1,3 MeV au dessus du seuil d'émission neutron. Nous avons pu sonder ce système via 4 réactions, le knockout de deux ou trois protons respectivement du 26F et du 27Ne et des réactions de fragmentation à partir du 27F et du 28Ne. L'ensemble de ces spectres peut être ajusté à l'aide d'une résonance l=2. Des considérations théoriques simples nous suggèrent que cette dernière correspond au doublet 2-,1- prédit comme l'état fondamental du 24N par le modèle en couche.Le 25N a également été observé pour la première fois lors de notre expérience. Malgré une statistique relativement limitée, les spectres des réactions de knockout de deux et trois protons du 27F et 28Ne, montrent une structure claire environ 1,7 MeV au dessus du seuil d'émission de deux neutrons qui peut être identifiée comme l'état fondamental 1/2- prédit par le modèle en couche.

  • Titre traduit

    Nitrogen isotopes beyond the neutron drip line : 23N, 24N et 25N


  • Résumé

    To study the most neutron-rich nitrogen isotopes an experiment has been undertaken at the RIBF-RIKEN using the SAMURAI spectrometer and NEBULA neutron array. The nuclei of interest - 23N*, 24N and 25N - were produced via nucleon knockout and fragmentation reactions from high-energy (~250 MeV/nucleon) secondary beams. The technique of invariant-mass spectroscopy, which requires the measurement in complete kinematics of the beam-like reaction products, was employed to characterise these unbound systems. In the case of the 23N, in-flight gamma-ray spectroscopy was performed and it has been possible to confirm that it has no bound excited states. Three reaction channels - the knockout of a proton from 24O, the fragmentation of 27Ne and inelastic scattering – were employed to search for unbound excited states. In all these channels, an l=0 resonance was observed at around 3.5 MeV excitation energy. This resonance is interpreted, through comparison with shell model calculations, as the Jpi=3/2- first excited state of 23N. In all channels, another resonance with an excitation energy of close to 5 MeV was necessary to fully describe the fragment-neutron relative energy spectra. The nucleus 24N was observed here for the first time as resonance-like peak some 1.3 MeV above the one-neutron decay threshold. Four reaction channels were investigated: the knockout of two and three protons from 26F and 27Ne, respectively, and fragmentation of 27F and 28Ne. All the relative energy spectra were consistent with the population of an l=2 resonance. Simple considerations suggest that this is the 2-,1- ground-state doublet predicted by the shell model. The nucleus 25N was also observed here for the first time. Despite the relatively limited statistics, both two-proton and three-proton removal from 27F and 28Ne, exhibited a clear structure some 1.7 MeV above the two-neutron decay threshold which, based on simple considerations, may be identified with the expected 1/2- ground state.


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  • Sous le titre : Les isotopes d'azote au-delà de la limite de stabilité neutronique : 23N, 24N et 25N
  • Détails : 1 vol. (126 p.)
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