Formes des noyaux

Le groupe étudie le noyau atomique dans des conditions extrêmes de déformation, en spin, isospin ou de masse. Sous de telles conditions, les données de structure nucléaire  permettent de tester avec précision la validité des modèles nucléaires actuels.    

Par exemple, la forme du noyau peut varier rapidement en ajoutant ou retirant un nucléon ou en augmentant le spin du noyau. Les noyaux peuvent aussi présenter différentes déformations à des énergies d'excitations très similaires (coexistence de forme). Une attention particulière est donnée à la recherche de nouvelles formes exotiques dans des noyaux situés loin de la vallée de stabilité ainsi qu'à la compréhension de la structure nucléaire des éléments les plus lourds.

 

Le détecteur gamma EXOGAM installé devant le spectromètre VAMOS au GANIL.

La structure en couches joue également un rôle important dans l'évolution de la déformation le long des chaînes isotopiques, pour les noyaux à couches ouvertes. En particulier, comprendre l’évolution des formes du noyau et l’apparition de coexistence de formes est un objectif important. Les outils expérimentaux sont de grands détecteurs gamma, tels qu’EXOGAM ou le plus récent AGATA, souvent associés à des détecteurs de particules. L'IRFU a été fortement impliqué dans le développement du projet AGATA (Advanced GAmma-ray Tracking Array), ce spectromètre est désormais dans sa phase d'exploitation.

Les principales méthodes d'étude des déformations sont l’excitation coulombienne et la mesure des temps de vie des niveaux excités, de l’ordre de la picoseconde, avec un « plunger ». On en tire les observables liées à la déformation comme les moments quadripolaires statiques et dynamiques. Certaines expériences du groupe ont été réalisées auprès de l'installation de Legnaro. Nous avons ainsi étudié les isotopes de zinc riches en neutrons (N ~40) proches du troisième « îlot d’inversion » et le phénomènes d'apparition de fortes déformations dans la région N=60/Z=40. Les premières expériences utilisant le démonstrateur AGATA à Legnaro ont montré une très faible collectivité des états 4+, un phénomène presque unique qui reste à comprendre au regard des comportements vibrationnels et rotationnels plus classiques.

D’autres expériences sont réalisées au GANIL, avec le spectromètre VAMOS pour identifier les fragments issus de la fission d’un faisceau d’uranium. Utilisé avec un plunger, le spectromètre EXOGAM peut détecter les rayons gamma de plusieurs dizaines de noyaux en une seule prise de données et ainsi mesurer le temps de vie de leurs niveaux excités.

Le groupe a également utilisé EXOGAM lors d’une expérience auprès du réacteur de l’Institut Laue Langevin à Grenoble. En combinaison avec des détecteurs gamma rapide LaBr3, des temps de vie plus longs ont pu être mesurés. Ces expériences ont mis en évidence des aspects intéressants de l’évolution de la structure des noyaux. Les analyses des résultats ont montré que des calculs plus poussés étaient nécessaires, incluant les configurations de mélange de tous les degrés de liberté (par exemple la triaxialité).

Des expériences complémentaires utilisent la méthode d’excitation coulombienne, comme pour l'étude menée sur le noyau de 100Zr au laboratoire national d’Argonne (Etats-Unis). A plus long terme, cette technique sera aussi employée pour réaliser la spectroscopie de noyaux riches en neutrons auprès des accélérateurs HIE-Isolde du CERN ou SPIRAL2 au GANIL.

 

Le démonstrateur du détecteur gamma AGATA installé à l'INFN-Legnaro (Italie)

Maj : 07/11/2017 (483)

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