Des travaux sur l’accélérateur de noyaux exotiques ISOLDE du CERN lui ont permis de redémarrer en octobre 2015 avec une énergie augmentée de 2.85MeV/u à 4.3MeV/u. Cette énergie plus élevée permettra d’augmenter les sections efficaces de réactions et ainsi d’étudier des noyaux plus exotiques ou des niveaux d’excitation plus élevés. L’équipe de physiciens de l’Irfu/SPhN a réalisé la première expérience avec HIE-ISOLDE (High Intensity and Energy ISOLDE) afin de lever une ambiguïté sur des mesures contradictoires de l’état 4+ du 74Zn, un isotope de zinc riche en neutrons. Cette amélioration de l’accélérateur ouvre la voie vers l’étude de noyaux plus exotiques encore, notamment les isotopes de 78,80Zn, qui nous renseigneront sur l’évolution de la couche magique N=50 loin de la vallée de stabilité.
Apres huit années de développements, le premier cryomodule du nouvel accélérateur linéaire supraconducteur HIE-ISOLDE (High Intensity and Energy Isotope Separator On Line) a été mis en service au CERN, portant l’énergie des faisceaux d'ions radioactifs de 2.85 à 4.3 MeV par nucléon. L'installation ISOLDE [1], qui a célébré ces 50 ans l’année dernière, délivre les faisceaux de différents types d’ions radioactifs qui sont produits par fission et spallation dans des cibles épaisses bombardées par les protons délivrés par le Booster du Synchrotron à Protons (PSB). Les ions sont extraits de la cible primaire, séparés en masse pour produire les faisceaux à basse énergie qui sont dirigés vers les dispositifs expérimentaux pour de nombreuses recherches en structure nucléaire, physique atomique, astrophysique nucléaire, interactions fondamentales, mais aussi physique du solide et sciences de la vie. En 2001, le premier post-accelérateur REX avait été installé, ce qui avait ouvert la voie à des études de structure de noyaux en utilisant la méthode d'excitation coulombienne, ou les réactions de transfert de nucléons. En produisant des faisceaux de plus haute énergie, l’accélérateur HIE-ISOLDE va permettre d’augmenter les sections efficaces de ces réactions et étendre alors les possibilités de recherche aux isotopes plus exotiques ou aux états plus excités. Les études porteront sur différents thèmes : l’évolution des nombres magiques et propriétés collectives loin de la stabilité, les déformations exotiques (octupolaire, triaxiale), la coexistence de formes.
Figure 1: Installation du premier cryomodule de HIE-ISOLDE, le 2 mai 2015 (source d'image: CERN).
La première expérience à bénéficier du faisceau de HIE-ISOLDE vient d’être réalisée par des physiciens d'Irfu/SPhN en collaboration avec KU Leuven (Université Catholique de Louvain, Belgique) et le CERN. Nous avons étudié la structure des isotopes radioactifs de zinc riches en neutrons 74,76Zn en utilisant la technique de l’excitation coulombienne, qui est la méthode la plus directe pour déterminer les formes des noyaux. L’étude de la déformation et de la collectivité de ces isotopes, à proximité du noyau quasi-magique du 68Ni, donne des informations sur l’évolution de la structure en couche loin de la stabilité et permet de tester finement les différents modèles théoriques qui ont été développés pour les noyaux stables.
D’autres expériences précédentes, dont une réalisée par l’équipe d'Irfu/SPhN avec le spectromètre AGATA à Legnaro [2], avaient donné des résultats contradictoires sur la collectivité du 74Zn, notamment au-delà du premier état excité : le temps de vie du premier état 4+ excité obtenu en mesure directe [2] s’avérait quatre fois plus long que celui calculé à partir de la section efficace d'excitation coulombienne.[3]. L'utilisation du faisceau à une énergie plus élevée a permis de peupler ces états de façon beaucoup plus efficace qu'aux énergies disponibles précédemment à ISOLDE, comme le montre la figure 2. Les données sont en cours d'analyse et les mesures suivantes proposées par la même collaboration sur les isotopes du zinc plus exotiques (78,80Zn) sont acceptées par le comité de programmation de HIE-ISOLDE. Les résultats concernant la structure de ces isotopes (déformation du premier état excité, collectivité des états au-delà du 2+) permettront de tester et d’améliorer les calculs théoriques autour de la couche magique N=50.
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| Figure 2: Spectres en ligne du 74Zn excité par la cible de 196Pt à deux énergies du faisceau : 4 MeV par nucléon et 2.85 MeV par nucléon (énergie maximale de REX, qui était le prédécesseur de HIE-ISOLDE). |
[1] http://www.scholarpedia.org/article/The_ISOLDE_facility
[2] C. Louchart et al, PHYS. REV. C 87, 054302 (2013)
[3] J. Van de Walle et al, PHYS. REV. C 79, 014309 (2009)
Contact: Magdalena Zielinska
HIE-ISOLDE (Copyright © 2015 CERN)
http://home.cern/fr/about/updates/2015/11/first-beams-higher-energy-nuclear-physics-facility
