Unbound states near the proton emission threshold. The case of 16 F. I. Ştefan (1), F. de Oliveira Santos (2) (1) IPN Orsay (2) GANIL.

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1 Unbound states near the proton emission threshold. The case of 16 F. I. Ştefan (1), F. de Oliveira Santos (2) (1) IPN Orsay (2) GANIL

2 Nova explosions X-ray bursts 15 O 14 N(p,γ) 15 O(α,γ) 19 Ne 15 O(pp,γ) 17 Ne 15 O + p 16 F (unbound) 15 O – decay β + ( T 1/2 =122 s ) The case of 16 F

3 β + (Q β =15 MeV) 15 O+p 16 F E 0 = 0.536 MeV p 1/2- 0- Γ p =25 keV 16 O β + Q β =15 MeV

4 β + (Q β =15 MeV) 15 O+p 16 F E 0 = 0.536 MeV p 1/2- 0- Γ p =25 keV 16 O β + Q β =15 MeV Mirror nucleus - 16 N Γ β =6.6 10 -22 MeV

5 β + (Q β =15 MeV) 15 O+p 16 F E 0 = 0.536 MeV p 1/2- 0- Γ p =25 keV 16 O β + Q β =15 MeV (pp,γ) – Gorres et al 1995 (α,γ) – Taux estimé

6 V c (MeV) r (fm) E0E0 16 F gs Coulomb barrier E CM (MeV) Width (MeV) 15 O+p 16 F 15 O+p 16 O+β + +ν

7 r (fm) p β+β+ E0E0 V c (MeV) E CM (MeV) High E CM for the 15 O – p system: Γ p >> Γ β High probability to form 16 F compound nucleus Beta decay improbable Width (MeV) 15 O+p 16 F 15 O+p 16 O+β + +ν

8 E CM (MeV) Low E CM for 15 O – p system: Γ p << Γ β Decreased probability to form the 16 F compound nucleus Beta decay branching ratio increased r (fm) p β+β+ E0E0 p β+β+ V c (MeV) Width (MeV) γ 15 O+p 16 F 15 O+p 16 O+β + +ν

9 r (fm) V c (MeV) E0E0 Hypothesis: β + (Q β =15 MeV) 15 O+p 16 F E 0 = 0.536 MeV γ γ 1/2- 0- Γ p =25 keV 16 O p E1E1 p Γ p =70 keV E 0 = 0.729 MeV 1- β+β+ β + Q β =15 MeV β+β+

10 V c (MeV) E0E0 γ β+β+ β+β+ p E1E1 Facteur 10 9 !!

11 V c (MeV) E0E0 γ β+β+ β+β+ p E1E1 Factor 10 9 !! r (fm) Hypothesis:

12 V c (MeV) E0E0 γ β+β+ β+β+ p E1E1 Factor 10 9 !! r (fm) Hypothesis: Let’s check it!

13 Let’s check it!! EURISOL 15 O, 14 O beam ? Different consequences? p + p ↔ 2 He → d + e + + p + 4 He ↔ 5 Li → γ + e + + ν + 4 He + n 15 O intensity = 10 10 pps E = 0.8 A MeV N reactions = 8 / day. Continuum Shell Model

14 Astro? Unbound state isomer ! 16 F radioactive?? Non exponential decay! More surprises to come … Future

15 Application for other unbound nuclei - 15 F (very interesting case) - 5 Li - 4 Li - 19 Na ……. Outlook Proposition of a new reaction pathway - 15 O(p,γ)(β + ) 16 O - Consequences in different astrophysical scenarios - Sequential decay ? - Shape of the resonance ? - γ decay between two unbound states ? σ (p,γ) ~ 1 μb - Experimental Confirmation Questions related with the model

16 End

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18 β + (Q β =15 MeV) 15 O+2p 16 F+p 0.536 MeV p 1/2 - 0-0- 0.732 MeV 16 O+p 17 Ne 2-2- 5/2 - 1/2 + E 1 = 0.892 MeV 0.324 MeV 0 MeV -0.958 MeV -15 MeV γ γ γ β+β+ 15 O(p,γ)(p,γ) 17 Ne 1/2 - 15 O(p,γ)(β + ) 16 O

19 15 O(β + ) 15 N (2 min) 15 O(α,γ) 19 Ne 15 O(p,γ)(β + ) 16 O 15 O(p,γ)(p,γ) 17 Ne Conclusions

20 Futur Astro à revoir ? Expérience SPIRAL 2 ? D’autres conséquences en astro ? p + p ↔ 2 He → d + e + + 15 O intensité = 10 10 pps E = 0.8 A MeV N réactions = 8 / jour. Continuum shell model

21 Intrastate decay ! Isomère de noyaux non liés ! 16 F radioactif ?? Décroissance non exponentielle ! Test Heisenberg ????? D’autres surprises … Futur En physique nucléaire 1%

22 E x (keV)Γ p (keV)JπJπ 025 ± 100- 193 (10)70 ± 51- 424 (2)6 ± 32- 721 (4)15± 53- 1 H( 15 O,p) 15 O ~1.4 10 7 pps 15 O 1+ SPIRAL beam E = 1.2 MeV/A Thick polypropylene target (CH 3 )

23 e-print at the address: http://arxiv.ccsd.cnrs.fr/abs/nucl-ex/0603020 General context Astrophysical motivation Experimental measurements ImplicationsConclusions

24 β + (Q β =15 MeV) 15 O+2p 16 F+p 0.536 MeV p 1/2 - 0-0- 0.732 MeV 16 O+p 17 Ne 2-2- 5/2 - 1/2 + E 1 = 0.892 MeV 0.324 MeV 0 MeV -0.958 MeV -15 MeV γ γ γ β+β+ 15 O(p,γ)(p,γ) 17 Ne 1/2 - 15 O(p,γ)(β + ) 16 O

25 15 O(p,β + ) 16 O Contexte général Motivation astrophysique Mesures expérimentales Résultats obtenus ConséquencesConclusions β + (Q β =15 MeV) 15 O+p 16 F E 0 = 0.536 MeV p 1/2- 0- Γ p =25 keV 16 O β + Q β =15 MeV E (MeV) E CM (MeV) σ (p,β) =(Facteur Géométrique) Γ p (E)(Forme de la résonance)Γ β

26 E CM (MeV) 15 O(p,γ)(β+) 16 O 15 O(p,β + ) 16 O Contexte général Motivation astrophysique Mesures expérimentales Résultats obtenus ConséquencesConclusions p r (fm) p β+β+ E0E0 p β+β+ γ E1E1 V c (MeV) Largeur (MeV)

27 Contexte général Motivation astrophysique Mesures expérimentales Résultats obtenus ConséquencesConclusions Théorie matrice R Canal d’entré 15 N+p Canal sortie 15 N+p Canal sortie 12 C+α Région intérieure 16 O Paramètre de la matrice R (r a ) r > r a les seules forces sont les forces coulombiennes; r < r a les forces nucléaires et coulombiennes;

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