Etude des émissions beta-retardées dans les régions des nombres magiques N=50 et 82 à ALTO

par Ren Li

Projet de thèse en Structure et réactions nucléaires

Sous la direction de David Verney.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Particules, Hadrons, Énergie, Noyau, Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulation (Orsay, Essonne ; 2015-....) , en partenariat avec Institut de physique nucléaire d'orsay (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 03-10-2018 .


  • Résumé

    Etude des émissions bêta-retardées dans les régions des nombres magiques N = 50 et 82 à ALTO. La désintégration radioactive constitue une sonde particulièrement riche pour les études de la structure nucléaire loin de la stabilité. La description de la désintégration bêta en tant que processus d'interaction faible a atteint un niveau de précision tel qu'il en fait un outil puissant pour la recherche de preuves de la physique au-delà du modèle standard. Cependant, dans les noyaux, la transformation d'un seul proton en neutron ou inversement se produit dans un milieu fortement corrélé et le système réagit dans son ensemble. En particulier, la compréhension du rôle de la surabondance de neutrons dans les émissions radioactives des noyaux très exotiques en est encore à ses balbutiements. Les régions de masse entourant les nombres magiques N = 50 et 82, qui sont bien peuplées par la fission d'actinides, sont particulièrement intéressantes de ce point de vue: les approches statistiques classiques ne parviennent pas à reproduire les propriétés de désintégration observées qui semblent au contraire être fortement guidées par la structure effets. Comme décrit dans le document "Stratégie scientifique pour la communauté de physique nucléaire ISOL basse énergie" préparé pour le Conseil scientifique de l'IN2P3 2017, la méthode de production ISOL présente des avantages essentiels dans le sens d'une "frontière de précision". C'est également le cas dans le domaine des études de radioactivité. Dans ce contexte, les sources radioactives exotiques d'intérêt sont formées par la collecte d'un faisceau ISOL non post-accéléré sur un support amovible (lecteur de bande). Ces conditions sont rendues particulièrement favorables par l'excellente émittance du faisceau radioactif d'intérêt, ce qui permet de collecter une source quasi-ponctuelle et de l'entourer d'un système de détection en géométrie compacte, modulaire et polyvalent. Le système d'étude de désintégration comprend trois configurations: BEDO pour les études de spectroscopie gamma de haute précision retardée bêta, TETRA, un compteur He-3 long de neutrons pour les études d'émissions de neutrons bêta retardées et PARRNe pour la spectroscopie d'électrons de conversion retardée bêta. Ce programme de doctorat à pour objectif l'étude de la spectroscopie de produits d'émission bêta-retardés des fragments de fission produits à l'installation ISOL ALTO d'Orsay. Le programme scientifique sera divisé en deux parties. Partie 1. Etudes dans la région N = 50. Le but ici sera d'étudier la spectroscopie détaillée haute résolution de 80Ge, après la désintégration de 80Ga. Le 80Ge est un noyau particulièrement complexe qui, d'après les résultats récents obtenus à ALTO, est susceptible de présenter un phénomène de coexistence de formes. Le sujet est largement débattu et une connaissance plus précise du schéma de niveaux de ce noyau, peuplé en désintégration bêta, est d'une importance capitale. Des données à grande statistique sur la désintégration 80Ga ont déjà été obtenues à ALTO et l'objectif sera leur analyse complète et détaillée. Partie 2. Etude dans la région N = 82. Le but ici sera d'étudier les transitions beta 0+ <-> 0-. Les transitions bêta entre les états 0+ et 0- sont particulièrement intéressantes car les éléments matriciels de rang zéro de ces transitions sont entièrement déduits des valeurs de logft. Une augmentation du taux de désintégration bêta par les courants d'échange mésoniques (MEC) est prédite et expliquée comme une contribution de l'échange méson à la composante temporelle du courant axial faible. En effet, on prévoit que l'importance de cette amélioration sera d'environ 50% en ce qui concerne l'approximation des impulsions et insensible à la structure nucléaire. Ces transitions ont été étudiées au voisinage de noyaux doublement magiques, tels que 16O, 48Ca et 208Pb. Une mesure précise des noyaux Sn riches en neutrons proches de A = 132 offre l'occasion d'étendre cette étude à une région de masse située à peu près à mi-chemin entre les régions de masse légères A = 16 et lourdes A = 208. Les données seront prises en utilisant, en particulier, le compteur long TETRA pour une détermination précise du taux d'embranchement des neutrons bêta-retardé. Une première expérience utilisant le faisceau de 134Sn d'ALTO est prévue pour novembre 2019. Ce travail sera effectué en collaboration avec JINR Dubna (Russie) et IPHC Strasbourg (France). F. Didierjean de l'IPHC, porte parole de cette expérience, sera co-directeur de thèse pour cette partie du projet.

  • Titre traduit

    Study of beta-delayed emissions in the regions of the N=50 and 82 magic numbers at ALTO


  • Résumé

    Radioactive decay forms a particularly rich probe for studies of the nuclear structure far from stability. The description of beta decay as a weak interaction process has reached such a level of precision that it has become a powerful tool in the search for evidence of physics beyond the Standard Model. However, in nuclei, the transformation of a single proton into a neutron or vice versa happens in a strongly interacting and correlated medium and the system reacts as a whole. In particular, the understanding of the role of neutron overabundance on radioactive emission in very exotic nuclei is still in its infancy. The mass regions surrounding magic numbers N=50 and 82, which are well populated by fission of actinides, are particularly interesting from that point of view: standard statistical approaches conspicuously fail to reproduce the observed decay properties while they seem to be strongly driven by structure effects. As described in the document 'Scientific strategy for the low-energy ISOL nuclear physics community' prepared for the 2017 IN2P3 Scientific Council, the ISOL production method has key advantages in the direction of 'precision frontier'. This is also the case in the field of radioactivity studies. In this context, exotic radioactive sources of interest are formed by the collection of an ISOL beam not post-accelerated on a removable medium (tape drive). These conditions are made particularly favourable by the excellent emittance of the radioactive beam of interest, which makes it possible to collect a quasi-point source and surround it with a compact, modular and versatile geometry detection system. At the ALTO photo-fission ISOL facility, the decay study system comprises three setups : BEDO for beta-delayed high-precision background-suppressed gamma spectroscopy studies, TETRA, a He-3 neutron long counter for beta-delayed neutron emission studies and PARRNe for beta-delayed conversion-electron spectroscopy. The present PhD program aims at investigation of beta-delayed emission-product spectroscopy of fission-fragment beams produced at the ALTO ISOL facility in Orsay. The scientific program will be divided in two parts. Part 1. Investigations in the N=50 region. The goal here will be to study the high resolution detailed spectroscopy of 80Ge, following the decay of 80Ga. 80Ge is a particularly complicated nucleus which, from recent results obtained at ALTO, is suspected to exhibit shape coexistence phenomenon. The subject is largely debated and a more precise knowledge of the level structure of this nucleus, populated in beta decay, is mandatory. Large-statistics data on 80Ga decay have been already obtained at ALTO, and the objective will be their complete, detailed analysis. Part 2; Investigation in the N=82 region. The goal here will be the investigation of 0+ <-> 0- beta transitions. The beta transitions between 0+ and 0- states are particularly interesting because the rank-zero matrix elements of these transitions are fully deduced from the logft values. An enhancement of the beta-decay rate by mesonic exchange currents (MEC) is predicted and explained as a contribution of the meson exchange to the time-like component of the weak axial current. Indeed, the importance of this enhancement is predicted to be around 50% in regard to the impulse approximation and to be insensitive to the nuclear structure. These transitions have been studied in the vicinity of doubly closed-shell nuclei, like 16O, 48Ca and 208Pb. A precise measurement for neutron-rich Sn nuclei near A = 132 offers the opportunity to extend this study to a mass region roughly midway between the light A = 16 and heavy A = 208 mass regions. Data will be taken using, in particular, the TETRA long counter for a precise determination of the beta-delayed neutron branching ratio. A first experiment using the ALTO 134Sn beam is scheduled for November 2019. This work will be performed in collaboration with JINR Dubna (Russia) and IPHC Strasbourg (France). F. Didierjean from IPHC, PI of this experiment, will be co-supervisor for this part of the project.