Etude des coexistences de forme dans la région de 78Ni par spectroscopie d'électrons de conversion beta-retardés auprès des installations ISOL basse énergie ALTO et ISAC/TRIUMF

par Guillem Tocabens

Projet de thèse en Structure et réactions nucléaires

Sous la direction de David Verney.

Thèses en préparation à université Paris-Saclay , dans le cadre de École doctorale Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulat , en partenariat avec Laboratoire de Physique des deux Infinis Irène Joliot-Curie (laboratoire) et de Faculté des sciences d'Orsay (référent) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    L'origine réelle, d'un point de vue microscopique, de la formation des fermetures de couches dites de « type spin-orbite » (nombres magiques 6, 14, 28, 50, 82, 126) et surtout de leurs évolutions loin de la stabilité reste mystérieuse et largement débattue. Plusieurs hypothèses sur les termes de l'interaction nucléaire qui pourraient être à leur origine sont actuellement discutées : le terme spin-orbite à deux corps, la force tensorielle ou les termes à trois corps. Ces effets de couches jouent un rôle essentiel dans les processus de nucléosynthèse responsables de la formation des éléments du fer à l'uranium, car on s'attend naturellement à ce que l'interception du chemin du processus r par les lignes isotoniques correspondant à ces nombres magiques ait un rôle déterminant dans la formation des pics d'abondance. Par ailleurs, une bonne compréhension de ce processus, au niveau le plus fondamental, permettrait d'éclairer l'origine profonde de l'existence d'un îlot super-lourd, supposé liée à un effet de double fermetures de couches de type spin-orbite, et de prédire de manière fiable sa robustesse et son étendue. Il est désormais clair que le noyau 42Si possédant un nombre magique de protons Z=14 et de neutrons N=28, tous deux d'origine spin-orbite, ne présente aucune des propriétés spectroscopiques attendues pour un noyau doublement magique. Cette observation surprenante est liée à un phénomène plus profond de coexistence de formes nucléaires et d'inversion des configurations « normales » sphériques et « intruses » déformée. Si ce phénomène a longuement été étudié dans le cas des noyaux légers, le problème n'a été qu'effleuré très récemment dans le cas des noyaux plus lourds riches en neutrons, particulièrement dans la région du noyau 78Ni (possédant deux nombres magiques de type spin-orbite Z=28 et N=50). Un pan entier de recherches expérimentales est donc en train de s'ouvrir dans cette région de la carte des noyaux sur ce sujet, nécessitant de mettre en œuvre les techniques spectroscopiques les plus fines, comme la spectroscopie d'électrons de conversion. Les machines de production de faisceaux radioactifs utilisant la méthode ISOL (Isotopic Separation On Line) comme ALTO à Orsay ou ISAC/TRIUMF à Vancouver sont particulièrement bien adaptées à ce type d'études.

  • Titre traduit

    Investigation of shape coexistence in the 78Ni region by means of beta-delayed conversion-electron spectroscopy at the low-energy ISOL facilities ALTO and ISAC/TRIUMF


  • Résumé

    The objective of this PhD program will be to pursue the exploration of the N=50 neutron shell closure, nearby 78Ni, by using conversion-electron spectroscopy techniques. It is thanks to this technique that the ALTO team was able to establish for the first time and without ambiguity that the first excited state of 80Ge (Z=32, N=48) has spin-parity 0+. This state decays towards the fundamental state by an E0 transition with emission of a conversion electron with characteristic energy. One of the most plausible hypotheses to explain the origin of the correlations which push this state so low in the excitation energy spectrum is that the 80Ge nucleus is the first member of a region of shape coexistence in the vicinity of 78Ni, one of the most neutron-rich doubly-magic nucleus of the Segre chart. This result, published in Physical Review Letters in 2016, constituted a surprise because no existing theory predicts an island of shape coexistence at N=50 for a number of protons upper to 28. It constitutes clearly a case of unexpected discovery very far from the line of stability and questions the existing theoretical descriptions for this region. Following this discovery a program of conversion-electron spectroscopy in the 78Ni region was launched at ALTO with for objective to verify this result and to discover other similar cases in the more exotic nuclei, at N=50 and beyond. The thesis work will include two aspects: the first one will be instrumental with for objective to gain a decisive factor in the selectivity of the electron detection system based on the use of a Si-Li detector operated at liquid nitrogen temperature. Two ways will be explored: the one based on the digitalization of the signal by means of the prototype DALTON and the second, based on the curvature of the electronic trajectories by means of an electrostatic system to deport the Si-Li junction outside the direct gamma radiation of the source, thus removing the Compton background. This instrumental part of the program will be made in close collaboration and with the support of the R&D Detector Department of the Institute. The second aspect of this thesis program concerns the realization and the analysis of an experiment using the BEDO set-up, aiming at studying the decay of a collected, selectively laser-ionized 82Ga beam produced at ALTO. This experiment should be scheduled at ALTO during the first year of thesis period. If the interpretation of the results already obtained for 80Ge is correct, the excitation spectrum of the 82Ga daughter nucleus, 82Ge, having a magic number of neutrons, N=50, should naturally exhibit the presence of an excited 0+ state of similar collective nature. These investigations will be performed in collaboration with TRIUMF (Vancouver, Canada) where a similar experiment using the GRIFFIN device at the ISOL facility ISAC-I has just been accepted. The student will also participate thus in this experimental campaign.