Structure nucléaire via les réactions sur proton avec les faisceaux de FAIR
Cibles de réaction pour les faisceaux exotiques de FAIR

Les réactions de diffusion quasi-libres (Quasi-Free scattering QFS) ont représenté un outil puissant pour sonder la structure en utilisant des faisceaux deprotons sur des cibles de noyaux stables. Désormais cette technique peut être appliquée aux études des faisceaux de noyau exotiques, à condition de disposer d’une cible de protons adaptée aux expériences auprès de R3B ou avec la détection AGATA à GSI, et à plus long terme avec FAIR. Construire une telle cible d’Hydrogène liquide (LH2) est l’objectif du projet mené par l’IRFU. Cette cible pourra être employée pour plusieurs programmes de physique :

1) la spectroscopie des noyaux exotiques, 2) les études de corrélations nucléon-nucléon en particulier les corrélations à courte portée (SRC) 3) la production et l’étude des hypernoyaux exotiques.

Ces études bénéficieront de l’expertise de l’IRFU pour la R&D et la construction de cibles cryogéniques: en collaboration avec les départements d’instrumentation de l’IRFU, le DACM (Cryogénie-Magnétisme), le DEDIP (détection, électronique, informatique), DIS (Ingénierie des Systèmes) le groupe a déployé un ensemble de programmes pour optimiser les cibles de réaction utilisées pour les expériences au GANIL (projet CHyMENE), à RIKEN (MINOS, en exploitation). Cette expertise sera appliquée aux futurs projets de R&D tels que le projet COCOTIER, développé pour les études de structure nucléaire avec les faisceaux de FAIR.

 

Spectroscopie de noyaux exotiques

Le spectre d'énergie d'excitation d'un noyau reflète la structure sous-jacente de l'état fondamental. Ce spectre peut être sondé par des techniques de spectroscopie en gamma, en masse manquante ou en masse invariante. Le programme SEASTAR à RIBF, RIKEN, mené par l'équipe de l'IRFU est un exemple récent de l'application réussie de la spectroscopie gamma aux noyaux très riches en neutrons de nombre de masse A≤110 en utilisant une cible de proton épaisse (10-15 cm) (cf MINOS-réactions). La combination d'une cible épaisse d'hydrogène liquide et d'un trajectographe pour la reconstruction du  vertex de réaction avec un ensemble de détecteurs gamma de haute résolution tel qu'AGATA ouvre la possibilité d'explorer de nouvelles régions de la table des noyaux par exemple pour les noyaux de masses A ≥ 110, et également pour les noyaux de nombres de masse impairs pour lesquels la densité de niveaux  plus élevée rend les mesures de décroissance gamma plus difficiles en termes de résolution en énergie.

 

Perspectives (2018-2023)

L'équipe de l'IRFU engagée sur le projet construira une cible épaisse LH2  (> 5 cm) pour le programme sur R3B, livrable en juin 2019, le démarrage de la période de faisceaux pour la phase 0 de FAIR étant prévu au début de 2019. Les  caractéristiques de la cible (épaisseur, diamètre)  seront fixées à la fin de 2017. Sa construction est financée par  l'ANR dans le cadre du projet COCOTIER (Oct. 2017- 2021, PI A. Corsi) dédié à l'étude des corrélations à courte portée (SRC). En parallèle de la construction de la cible LH2, des simulations détaillées du dispositif de détection adapté aux études de SRC seront menées.

Le cahier des charges pour les deux programmes, sur les SRC et sur les hypernoyaux, ont des caractéristiques similaires en termes de système de détection ce qui conduit à envisager un développement en commun. Une solution technique ambitieuse consisterait à identifier les particules et à reconstruire leurs trajectoires  en moments en insérant une chambre à projection temporelle dans l'aimant dipolaire de GLAD, cette solution fait l'objet d'une étude en 2017.

L'équipe de l'IRFU est également associée à d'autres expériences qui requièrent l'utilisation d'une cible de LH2 et qui ont été proposées par la collaboration R3B au PAC de GSI. Les expériences de spectroscopie gamma exploitant la cible de LH2 seront programmées après 2023, dès que le spectromètre AGATA sera installé auprès de FAIR.

 

Contact : A. Corsi IRFU, DPhN

 

Maj : 07/11/2017 (4168)

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