Moyens expérimentaux
Moyens d’investigation
Les physiciens explorent la structure nucléaire en réalisant des réactions induites par des faisceaux radioactifs sur des cibles de noyaux stables.
La mesure des produits de réaction (identification, reconstruction de trajectoires, mesure de temps de vol..) donne accès aux observables de temps de vie, d’énergie d’excitation, de sections efficaces.
L’étude des noyaux loin de la vallée de stabilité comme les déficients en neutrons, 10,11C, ou très riches en neutrons : 6,8He … s’opère généralement par des réactions de diffusion élastique (accès au potentiel d’entrée du noyau) et inélastique (énergie d’excitation, densité de transition) de transfert à un ou plusieurs nucléons (facteurs spectroscopiques) sur des cibles de protons ou de deutons.
Les études de limite de stabilité du noyau et de ses modes de décroissance sont effectuées en produisant le noyau d’intérêt via une réaction de transfert à plusieurs nucléons, et en reconstruisant les cinématiques pour accéder par masse manquante au spectre en énergie d’excitation.
Description technique
Les faisceaux exotiques sont délivrés par le Ganil, notamment le dispositif Spiral.
Pour les mesures de réactions directes, l’outil privilégié est l’ensemble de télescopes MUST2 pour la détection de l’énergie, de la position, du temps de vol et l’identification de particules légères (p,d,t,3,4He …) avec une bonne résolution en énergie et en temps, et une grande granularité. MUST2 est le successeur de MUST qui était service de 1999 à 2005. Ce détecteur aux performances accrues, a été conçu et développé de 2001 à 2003 (voir fiche MUST2) et testé début 2004.
Les détecteurs de particules chargées sont employés avec des détecteurs de faisceau, comme les chambres à fils basse pression Cats, pour reconstruire le profil du faisceau incident sur cible et fournir une référence de temps de vol des particules chargées détectées dans les télescopes. Les dispersions en angle et position des faisceaux radioactifs, importantes sur la cible, imposent la détection de l’angle et du point d’impact du faisceau et donc des positions, ce qui est réalisé avec une précision de l’ordre de 0.4 mm en x et y.
La résolution en énergie d’excitation du dispositif est en général suffisante, avec une cible mince, pour séparer des états distants de 1 MeV. Le seuil de détection dans les télescopes est de l’ordre de 500 keV.
Les partenaires lourds émis à l’avant dans les réactions directes sont détectés soit dans un mur de plastiques situé dans la chambre à réaction, soit à l’aide de spectromètres assurant une identification des noyaux au plan focal et une reconstruction des trajectoires, par exemple le spectromètre de haute résolution SPEG ou encore le spectromètre de grande acceptance VAMOS du GANIL (fiche VAMOS).
Spécificités
Ce programme de spectroscopie avec réactions directes est mené en détectant complètement la position, l’énergie et le temps de vol de particules légères chargées dans les ensembles dédiés MUST2.
L’identification à basse énergie des particules légères est assurée par la corrélation entre l’énergie perdue dans le premier étage et le temps de vol entre MUST2 et un détecteur de faisceau situé avant la cible.
Cela permet de mener des réactions où le noyau produit est dans un état excité non lié : comme la cinématique est reconstruite par la mesure du partenaire léger, il est possible par masse manquante de déduire le spectre en énergie d’excitation du noyau en voie de sortie. Cette mesure d’états nucléaires non liés avec une bonne résolution en énergie d’excitation est un atout unique, à ce jour, de MUST2.