Structure des isotopes de bore et de carbone riches en neutrons aux limites de la stabilité

par Sylvain Leblond

Thèse de doctorat en Constituants élémentaires et physique théorique

Sous la direction de Miguel Marqués et de Nigel Orr.

Soutenue en 2015

à Caen , dans le cadre de École doctorale structures, informations, matière et matériaux (Caen ; 1992-2016) , en partenariat avec Laboratoire de physique corpusculaire de Caen (1947-....) (laboratoire) .

Le président du jury était Francesca Gulminelli.

Le jury était composé de Miguel Marqués, Nigel Orr, Francesca Gulminelli, Didier Beaumel, Bertram Blank, Alain Gillibert.

Les rapporteurs étaient Didier Beaumel, Bertram Blank.

mots clés

• Physique nucléaire -- Recherche
• Structure nucléaire
• Spectroscopie nucléaire
• Réactions directes (physique nucléaire)
• Physique nucléaire -- Instruments
• Isotopes radioactifs
• Analyse des données
• Simulation par ordinateur
• Noyaux exotiques

Résumé

Les noyaux non liés 18B et 21C sont étudiés suite à une expérience réalisée au RIBF-RIKEN en utilisant le nouveau spectromètre SAMURAI couplé au détecteur neutron NEBULA. Ces systèmes furent sondés grâce à des réactions de knock-out d'un neutron , d'un proton et de deux protons, à partir de faisceaux secondaires de 22C, 22N, et 23O pour le 21C et de 19B , 19C, et 20N pour le 18B. La masse invariante fut reconstruite à partir des moments du fragment chargé (17B, 20C) et du neutron. Afin de pouvoir interpréter les résultats, une simulation complète du dispositif expérimental fut utilisée. L'étalonnage des détecteurs et les techniques d’analyse furent testés en sondant l'état fondamental connu du 16B. Dans le cas du 18B trois états furent observés : un état s virtuel (as < -50 fm), résonance l=2 à Er =0. 77 +- 0. 09 MeV et une résonance l=0 à Er = 1. 6 +- 0. 6 MeV. Ces résultats plaident en faveur d'un mélange de configuration des niveaux neutron 2s1/2 et 1d5/2. En ce qui concerne le 21C, deux états résonnant respectivement situés à Er = 0. 8 +- 0. 15 MeV (l = 0) et Er = 1. 5 +-0. 1 MeV (l=2) furent observés. L'ordre confirme les résultats théoriques prédisant l'inversion des niveaux 5/2+ et 1/2+. Une analyse en impulsion reconstruite des systèmes 18B et 21C, produits par la réaction de knock-out d’un neutron a été réalisée. Les résultats soutiennent un mélange de configurations neutrons de valence (2s1/2)2 et (1d5/2)2 pour ces deux noyaux à halo.     

Titre traduit

Structure of neutron- rich of isotopes of boron and carbon at the limit of stabillity

Résumé

The unbound nuclei 18B and 21C have been studied in an experiment undertaken at the RIBF-RIKEN using the recently commissioned SAMUARI spectrometer and NEBULA neutron array. The two systems were probed using single-neutron and single and two-proton knockout from secondary beams of 22C, 22N, et 23O respectively in the case of 21C and 19B, 19C and 20N for 18B. The invariant mass spectra were reconstructed from the momentum of the fragment (17B, 20C) and neutron. In order to interpret the results a complete simulation of the experimental setup was utilised. The analysis procedures as well as the calibrations were verified through a measurement of the well-known ground state of 16B. In the case of 18B three states were observed: an s-wave virtual state (as < -50 fm), an l=2 resonance at Er =0. 77 +- 0. 09 MeV and an l=0 resonance at Er = 1. 6 +- 0. 6 MeV. These results suggest that the low-lying level structure of 18B is governed by a competition between the neutron 2s1/2 and 1d5/2 configurations. In the case of 21C resonances were observed at Er = 0. 8 +- 0. 15 MeV (l = 0) and Er = 1. 5 +-0. 1 MeV (l=2), a result which confirms predictions of an inversion of the 5/2+ and 1/2+ levels. Finally an analysis of the momentum distributions for 18B and 21C produced in single-neutron knockout was carried out. The results indicate that the valence neutrons 19B and 22C are in mixed (2s1/2)2 and (1d5/2)2 configurations.