Mesure du moment quadrupolaire du 43m S CEA, DAM, DIF, F Arpajon, France RJC Annecy, December 2010 R.Chevrier

Sommaire Le modele en couches en physique nucleaire Production d’un faisceau aligné en spin à Riken Réaction de fragmentation Mesure du facteur gyromagnétique de l’isomère 43m S Méthode Time Differential Perturbed Angular Distribution (TD-PAD) Mesure du moment quadrupolaire de 43m S

Le modele en couches en physique nucleaire Nombres magiques : 2, 8, 20, 40, 70 Potentiel oscillateur harmonique Nombres magiques : 2, 8, 20, 28, 50, 82 Moment angulaire et spin-orbite U’(r) = U(r) + l 2 + l.s

Evolution de la couche N=28 1 er nombre magique du au spin-orbite

Evolution de la couche N=28 1 er nombre magique du au spin-orbite Orbitales πs 1/2 et πd 3/2 se degenerent Interaction attractive entre πd 3/2 et υf 7/2

1 er nombre magique du au spin-orbite Evolution de la couche N=28 1 er nombre magique du au spin-orbite Orbitales πs 1/2 et πd 3/2 se degenerent Interaction attractive entre πd 3/2 et υf 7/2

Evolution de la couche N=28 1 er nombre magique du au spin-orbite Orbitales πs 1/2 et πd 3/2 se degenerent Interaction attractive entre πd 3/2 et υf 7/2

Evolution de la couche N=28 1 er nombre magique du au spin-orbite Etude des noyaux exotiques : Une facon d’acceder en partie a l’interaction N-N qui n’intervient pas dans les noyaux stables ! Etude des noyaux exotiques : Une facon d’acceder en partie a l’interaction N-N qui n’intervient pas dans les noyaux stables ! Orbitales πs 1/2 et πd 3/2 se degenerent Interaction attractive entre πd 3/2 et υf 7/2

L.Gaudefroy et al., PRL 102, (2009) 320.5(5) keV 415(5) ns 3/2 - 7/2 - faiblement déformé Etat fondamental déformé prolate g= (4) Le cas du 43m S Facteur g du 43m S connu : inversion des orbitales 7/2 - et 3/2 - Coexistence de forme : le moment Q donne des informations sur la déformation

L’alignement a Riken ?

Tester l’alignement des fragments produits par les nouvelles installations de BigRIPS

Qu’est-ce qu’un alignement de spin ? Orientation préférentielle dans l’espace des sous-états magnétiques de spin d’un noyau OblateProlate Alignement de spin Polarisation de spin z

Réaction de fragmentation Cas typique: One-nucleon Removal ( l =1) Faisceau aligné en spin (Oblate) Faisceau aligné en spin (Prolate) Asahi et al., Phys. Lett. B 251, 488 (1990).

exp. setup Beam RIKEN Center, Japon 48 Ca 345 MeV/A, up to 200pnA 4mm Be cible Fragments orientés en spin Temps de vol ~350ns BigRIPS : un séparateur de fragments en vol

Dispositif experimental Ge 1 Ge 4 Ge 2 Ge 3 Dipoles BoBo Rotation du noyau µ = moment magnetique de spin Mouvement de precession I(t,θ,B) = I o exp(-t/τ) W(t,θ,B) Oscillation due à la rotation AIR time I magnet Précession de Larmor : B 0 : Champ magnétique μ N : Magnéton nucléaire ћ : Constante de Planck g : facteur g

・ Efficacité relative 35%×1,15-20%×3 ・ Distance 7cm from center ・ B 0 =2.59 kGauss ・ 0.1% incertitude Détecteurs Germanium Scintillateur plastique Beam Stopper Magnet ・ Cu ・ 3mm d’épaisseur ・ 0.1mm d’épaisseur ・ Signal temps start Dispositif experimental

g-factor Energy (keV) Time (ns) Energy (keV) keV gate isomère t=0 prompt Time (ns) t 1/2 = 418(11) ns Counts (log scale) t 1/2 = 415(5) ns L.Gaudefroy et al., PRL 102, (2009) Counts Germanium #1 calibré

Fonction R(t,θ,B) A 2 : Coefficient de distribution angulaire ( pour une E2 7/2 - -> 3/2 - ) B 2 : Paramètre d’orientation α : Phase = orientation des fragments lors de l’implantation =

R(t,θ,B) Nuclear Data, Sect. A, Vol. 3, n o 1, Aug L.Gaudefroy et al., PRL 102, (2009) g = (14) Amplitude = 0.039(5) B 2 ~ 11(3) % d’alignement Phase: α ~ 84.4 o g = (4) Fonction R(t,θ,B) A 2 : Coefficient de distribution angulaire ( pour une E2) B 2 : Paramètre d’orientation α : Phase = orientation des fragments lors de l’implantation = A 2 : Coefficient de distribution angulaire ( pour une E2 7/2 - -> 3/2 - ) B 2 : Paramètre d’orientation α : Phase = orientation des fragments lors de l’implantation

Moment quadrupolaire du 43m S : Quadrupole électrique TD-PAD L.Gaudefroy et al., PRL 102, (2009) 320.5(5) keV 415(5) ns 3/2 - 7/2 - faiblement déformé Etat fondamental déformé prolate x LAB z LAB y LAB α z OR θ φ α= 90 o : angle d’orientation des fragments θ = angle du detecteur p/ faisceau = fréquence de base = fréquence de l’interaction quadrupolaire Q s = moment quadrupolaire spectroscopique V zz = gradient de champ électrique induit sur le noyau par le cristal = coefficient de perturbation q = 2(m-1) pour I demi-entier q max = 2(I-1) q = 1, 3, 5

Dispositif x faisceau Ge 4 Ge 3 Ge 1 Ge 2 y 4 det. à 90 o du faisceau: » 2 sur le plan de détection » 2 ┴ au plan de détection Pirite: FeS2 single cubic cristal de 10 mm d’épaisseur V zz = V.cm -2 (calculs physique du solide) Disposition optimum: 1 detecteur selon α

Q s = 22(2) efm 2 A = 0.012(4) ~3.5% d’alignement Fonction R(t) Calcul modele en couches: Q s = 20 efm 2

Conclusions Identification du 43m S Facteur g en accord avec de précédentes mesures 11% alignement Travail préliminaire d’extraction du moment quadrupolaire Qs~22(2) efm 2 Perspective Calculer a nouveau le gradient de champ V zz

collaborators RIKEN Nishina Center H. Ueno, A. Yoshimi, D. Kameda, N. Aoi, H. Watanabe, T. Kubo N. Inabe, T. Ohnishi, H. Takeda, N. Fukuda, M. Ishihara Tokyo Institute of Technology T. Furukawa, Y. Ishii, K. Asahi, K. Suzuki, T. Inoue, M. Tsuchiya H, Iijima, H. Hayashi, T. Nanao Commissariat a l’Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA), France J. M. Daugas, L. Gaudefroy CSNSM, IPN Orsay, France G. Georgiev Katholieke Universiteit Leuven, Belgium M. Rajabali Institute for Nuclear Research and Nuclear Energy (INRNE), Bulgaria D. L. Balabanski