Nuclear structure in the vicinity of ⁷⁸Ni : in-beam gamma-ray spectroscopy of ⁷⁹Cu through proton knockout

par Louis Olivier

Thèse de doctorat en Structure et réactions nucléaires

Sous la direction de Jonathan Wilson.

Le président du jury était Elias Khan.

Le jury était composé de Jonathan Wilson, Elias Khan, Giacomo De Angelis, Jonathan Billowes, Serge Franchoo, Beatriz Fernández-Domínguez.

Les rapporteurs étaient Giacomo De Angelis, Jonathan Billowes.

  • Titre traduit

    Structure nucléaire dans la région du ⁷⁸Ni : spectroscopie gamma en ligne du ⁷⁹Cu par réaction de knockout proton


  • Résumé

    La structure nucléaire en couches évolue en allant vers des régions de plus en plus exotiques de la carte des noyaux, et par conséquent, les nombres magiques conventionnels (8, 20, 28, 50, 82, 126) peuvent disparaître loin de la stabilité, tandis que de nouveaux nombres magiques peuvent apparaître. Le noyau de ⁷⁸Ni, avec 28 protons et 50 neutrons, est un des noyaux supposés doublement magiques les plus exotiques et est donc d'un grand intérêt. L'évolution de la fermeture de couche à Z = 28 en allant vers N = 50 peut être étudiée en sondant le caractère de particule individuelle des niveaux dans la chaîne isotopique de cuivre, ayant un proton de plus que le nickel. Ce travail porte sur le ⁷⁹Cu, à N = 50. Afin d'effectuer la première spectroscopie gamma en ligne des noyaux autour du ⁷⁸Ni, une expérience a été réalisée à la Radioactive Ion Beam Factory du RIKEN, au Japon. Le noyau de ⁷⁹Cu était produit par la réaction de knockout (p,2p) à partir d'un faisceau de ⁸⁰Zn envoyé sur le dispositif MINOS, une cible d'hydrogène liquide couplée à une TPC servant à reconstruire la trajectoire des protons. L'émission de rayons gamma subséquente était détectée en vol par le scintillateur segmenté DALI2. Les spectromètres BigRIPS et ZeroDegree permettaient, respectivement, une identification sans ambiguïté des noyaux entrants et sortants.Une procédure d'analyse basée sur des coïncidences gamma-gamma a permis de construire le premier schéma de niveau du ⁷⁹Cu, avec des états jusqu'à 4.6 MeV, et les résultats ont été comparés à des calculs de modèle en couches Monte Carlo. Les conclusions montrent que le noyau de ⁷⁹Cu est bien décrit en termes d'un proton de valence en dehors d'un cœur fermé de ⁷⁸Ni, ce qui implique le caractère magique de ce dernier.


  • Résumé

    The nuclear shell structure is evolving when going into more and more exotic regions of the chart of isotopes and consequently, the conventional magic numbers (8, 20, 28, 50, 82, 126) may disappear far from stability, while some new magic numbers can appear. The ⁷⁸Ni nucleus, with its 28 protons and 50 neutrons, is one of the most exotic supposedly doubly-magic nuclei, making it of great interest. The evolution of the Z = 28 gap towards N = 50 can be studied by probing the single-particle character of the states in the copper isotopic chain, having one proton more than nickel. This work focuses on Cu, at N = 50.In the aim of performing the first in-beam gamma-ray spectroscopy of nuclei in the close vicinity of ⁷⁸Ni, an experiment was carried out at the Radioactive Isotope Beam Factory of RIKEN, in Japan. The ⁷⁹Cu nucleus was produced through the (p,2p) knockout reaction from a ⁸⁰Zn beam sent on the MINOS device, a liquid-hydrogen target coupled to a TPC used for proton tracking. The subsequent gamma-decay was detected in-beam with the DALI2 scintillator array. The BigRIPS and ZeroDegree spectrometers allowed an unambiguous identification of the incoming and outgoing nuclei, respectively.An analysis procedure based on gamma-gamma coincidences permitted to build the first level scheme of ⁷⁹Cu, with levels up to 4.6 MeV, and the results were compared to Monte-Carlo shell-model calculations for interpretation. The conclusions show that the ⁷⁹Cu nucleus is well described in terms of a valence proton outside a closed ⁷⁸Ni core, implying the magic character of the latter.


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