Le Ganil (Grand accélérateur national d’ions lourds) accueille chaque année environ 200 chercheurs venus du monde entier pour mener leurs expériences sur les installations uniques du laboratoire. Cette année, 3 468 heures de faisceau seront dédiées à la recherche fondamentale et appliquée, du 2 mai au 28 juillet. Pendant cette période, les accélérateurs du Ganil fonctionneront 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7. Pour permettre aux chercheurs de mener leurs recherches, personnels techniques et scientifiques se relaient au laboratoire pour délivrer le faisceau dans les meilleures conditions et s’assurer du bon déroulement des expériences. Le temps de faisceau est réparti entre expériences de physique nucléaire, de chimie et de physique du solide sous rayonnement ainsi que leurs applications, astrophysique, radiobiologie et applications industrielles.
Les expériences de physique nucléaire au programme de la campagne 2017
Cinq expériences sont programmées dans la salle G1 du Ganil, qui accueille les spectromètres Agata,et Vamos.
La première expérience couplera le détecteur de rayonnement gamma Agata et des détecteurs de particules chargées. Le but de cette expérience est d’observer une configuration particulière du polonium-212 : les nucléons (protons + neutrons) de cet atome peuvent s’organiser en « clusters » ou agrégats, comparables à des structures moléculaires. Le noyau sera produit à l’aide d’un faisceau de plomb-208 envoyé sur une cible de carbone-12 et identifié grâce à la détection des particules alpha (noyau de helium-4) résultant de sa production. De ces mesures expérimentales, les physiciens pourront tirer des enseignements sur la structure en « clusters » du Polonium-212 et des forces nucléaires sous-jacentes, en les confrontant à des modèles théoriques.
Le détecteur Fatima (à gauche) couplé au spectromètre Agata (à droite) © Ganil
Deux expériences sont ensuite prévues associant Agata et des détecteurs de rayonnement gamma de la collaboration européenne Fatima. Le couplage d’Agata et de Fatima permet de récolter plus d’informations sur les noyaux d’intérêt pour les chercheurs. Chaque noyau possède un état dit fondamental, pour lequel l’organisation de ses nucléons lui demande le moins d’énergie possible, c’est son état « de repos ». Pour chaque noyau, il existe également plusieurs états excités, caractérisés par une plus grande énergie. Pour se débarrasser de ce surplus d’énergie et retrouver son état fondamental, le noyau va émettre des photons (on parle de rayonnement gamma). Le but de ces expériences est de mesurer le temps mis par un noyau pour passer d’un état excité à un autre. On parle ici de temps de l’ordre de la pico-seconde (10-12 seconde) ! En effectuant ces mesures sur différents isotopes de dysprosium et de tungstène, elles permettront également d’étudier l’évolution de la forme des noyaux en fonction de leurs nombres de neutrons.
Une quatrième expérience intégrera le spectromètre Vamos en plus d’Agata et de Fatima. Vamos est un spectromètre dit de grande acceptance, c’est-à-dire qu’il détecte et identifie des noyaux émis dans un angle important lors de la collision nucléaire entre les noyaux projectiles et les noyaux cibles. Les rayons gamma observés par Agata et Fatima peuvent ainsi être associés aux différents noyaux produits dans ces collisions.
La cinquième et dernière expérience dans G1 associera Agata, Vamos et le scintillateur Paris, très efficace pour mesurer les photons de très haute énergie émis lors de la désexcitation des noyaux. Cette expérience permettra de mesurer les temps de vie d’états excités d’isotopes d’oxygène et de carbone très riches en neutrons et d’en déduire les interactions en jeu entre les nucléons. En particulier, elle permettra de tester l’importance des interactions « à trois corps » (agissant entre les nucléons trois à trois) dans la structuration de ces noyaux légers.
Deux expériences de physique nucléaire sont programmées dans la salle D6 du Ganil, située au bout du spectromètre Lise.
Dispositif expérimental Lise pour la première expérience dans D6
© Ganil
La première expérience permettra d’étudier l’une des interactions fondamentales gouvernant les propriétés du noyau atomique, l’interaction faible, responsable de la désintégration bêta. Ce mode de décroissance radioactive correspond à la transformation d’un proton en un neutron dans le noyau (ou l’inverse) et permet à un noyau radioactif de devenir plus stable. Lise produira un faisceau pur de soufre-30. A l’aide d’un dispositif expérimental du CENBG, composé d’un scintillateur plastique pour la détection des particules bêta et d’un détecteur de rayonnement gamma, l’expérience a pour objectif de mesurer avec une très grande précision la durée de vie du soufre-30 et d’étudier la probabilité qu’il se désintègre vers tel ou tel état excité du phosphore-30
La seconde expérience menée dans D6 mettra en œuvre le détecteur Must2, et mobilisera des équipes du Ganil, de l’IPNO, du LPC,et de l’Irfu. L’expérience permettra d’étudier la répartition en couches de différents nucléons et l’étude du comportement du noyau atomique loin de la stabilité : formation d’agrégats, de halos de neutrons… Lise produira un faisceau très pur de différents isotopes radioactifs de béryllium qui seront projetés sur une cible d’atomes de deuterium, dont le noyau contient un proton et un neutron. Suivant les réactions (échanges de protons et de neutrons entre les noyaux projectiles et les noyaux cibles) des indications seront obtenues sur l’organisation des nucléons dans les noyaux projectiles et dans les noyaux produits.
Contact: Myriam Grar (Ganil)
Dispositif expérimental MUST2 pour la deuxième expérience dans D6 © Ganil
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