Étude de la radioactivité 2-protons et autres modes de décroissance exotiques dans la region du 48Ni avec ACTAR TPC

Two proton radioactivity and other exotic decays in the 48Ni region measured with ACTAR TPC

• Auteur / Autrice : Aurora Ortega Moral
• Direction : Jérôme Giovinazzo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique, Plasmas, nucléaire
• Date : Soutenance le 24/11/2023
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l'ingénieur
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique des Deux Infinis (Bordeaux ; 2022-....)
• Jury : Président / Présidente : Christine Marquet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marine Vandebrouck
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Navin Alahari, Elias Khan

Mots clés

Mots clés contrôlés

Décroissance radioactive

Radioactivité

Noyaux exotiques

Radioactivité deux protons

Mots clés libres

2-Protons

Noyaux exotiques

Drip line proton

Émissions retardées

Radioactivité

2-proton

Exotic nuclei

Proton drip line

Delayed proton emission

Radioactivity

Résumé

L’étude des noyaux exotiques à la drip-line proton est importante pour mieux comprendre la structure nucléaire loin de la vallée de stabilité. La radioactivité deux protons est un mode de décroissance particulier des noyaux très déficients en neutrons à la drip-line proton. Ce mode de radioactivité a été prédit en 1960 et découvert expérimentalement en 2002. Les angles relatifs d’émission des deux protons lors de l’émission donnent une information sur les interactions à l’intérieur du noyau avant l’émission.Une expérience a été réalisée au GANIL/LISE3 dans le but de produire le noyau 48Ni et analyser les caractéristiques de la radioactivité deux protons. Une chambre à projection temporelle (ACTAR TPC)a été utilisée pour implanter les ions et reconstruire les trajectoires des protons émis. En plus, d’autres noyaux très exotiques dans la région de masse d’ 48Ni ont été produits et leurs produits de désintégration ont été mesurés également. Des émissions retardées de plusieurs protons β-2p pour (46Mn, 47Fe) et β-3ppour (48Ni, 49Ni) ont été observés pour la première fois. Ce travail de thèse concerne l’analyse de cette expérience.Malgré quelques problèmes abordés dans le manuscrit, les résultats ont permis de comparer pour la première fois les distributions angulaires des deux protons du 48Ni avec les modèles théoriques existantes.Ainsi, les résultats obtenus prouvent que le détecteur est bien adapté à la détermination d’observables telles que les distributions angulaires ou l’énergie des produits de désintégration, qui ont été mesurés avec une très bonne résolution à basse énergie par rapport aux expériences précédentes réalisées avec des détecteurs silicium. Ces résultats ouvrent de très belles perspectives pour de futures études par spectroscopie proton en utilisant ACTAR TPC. L’analyse des données peut fournir de multiples informations expérimentales concernant la structure nucléaire et les schémas de désintégration des noyaux très exotiques.Une méthodologie dédiée à chacune des étapes de l’analyse a été développée pendant ce travail,constituant une référence pour de futures expériences en mode désintégration en utilisant ACTAR TPC.

The study of exotic nuclei near the proton drip lines is of great importance for a better understanding of nuclear structure. The two-proton radioactivity, a decay mode for neutron deficient isotopes at the proton drip line, was predicted in 1960 and experimentally evidenced in 2002. The angles between the two emitted protons and their energies are important observables keeping a trace of the interaction of the protons inside the nucleus.An experiment at GANIL/LISE3 facility was performed in 2021 aiming to produce one of the two proton emitter nuclei from ground state known up to date, the doubly-magic 48Ni nucleus, and to measure the angular distribution of their emitted protons. The ACtive TARget and Time Projection Chamber (ACTARTPC) device was used to implant the ions and perform the tracking of the decay products (protons). Inaddition, other interesting exotic nuclei in the mass region of 48Ni have been produced and their decay products have been measured. First evidences of exotic decays such as β-delayed three proton emission(48Ni, 49Ni) or two proton emission (46Mn, 47Fe) have been found. The current work addresses the analysis of this experiment.Despite several issues that are covered in the manuscript, the results allowed for a first comparison of the two-proton angular distribution of 48Ni to the existing theoretical models. Also, the results demonstrate that the detector is well suited for the determination of observables such as the angular distribution and the energy of the decay products, obtained with a very high resolution with respect to previous works performedat low energies with silicon detectors, opening up new experiment possibilities for proton-spectroscopy purposes using ACTAR TPC. The analysis of these decays can provide many experimental information about the structure and decay scheme of very unstable nuclei.A dedicated methodology for each of the stages of the analysis has been developed in this work,constituting a reference for future experiments in decay mode using ACTAR TPC.