Rencontres Jeunes Chercheurs - Annecy Etude de la radioactivité 2-protons de 54Zn avec une chambre à projection temporelle (TPC) Pauline Ascher - CENBG Rencontres Jeunes Chercheurs - Annecy 13 Décembre 2010 RJC 2010 – 13/12/10 Pauline Ascher

La radioactivité 2-protons Processus Pourquoi et comment l’étudier? Principe expérimental Production des noyaux Le détecteur TPC Résultats expérimentaux Conclusions et Perspectives RJC 2010 – 13/12/10 Pauline Ascher

Des radioactivités classiques… aux radioactivités exotiques Radioactivité a Radioactivité g Radioactivité 1p (1981) Radioactivité β+ Radioactivité 2p (2002) Fission spontanée Radioactivité Cluster (1984) Radioactivité β- Radioactivité bb2n (1968) RJC 2010 – 13/12/10 Pauline Ascher

La radioactivité 2-protons 1960 : Prédictions théoriques de Goldanski 2p (A,Z) Z pair (A-2,Z-2) + 2p (A-1,Z-1) + p Définition : Emission simultanée de deux protons depuis un état fondamental Effet d’appariement + Effet de la barrière coulombienne (Interaction forte et Interaction coulombienne) Découverte en 2002 (45Fe) RJC 2010 – 13/12/10 Pauline Ascher

Etude de la radioactivité 2p Pourquoi? Émission isotrope Corrélations Découverte d’une nouvelle radioactivité Processus d’effet tunnel Appariement p-p dans le noyau Interaction à 3 corps Validation des modèles théoriques Comment? Mesure des observables de la décroissance (T1/2, Q2p, BR) Mesure des corrélations énergétiques Mesure des corrélations angulaires RJC 2010 – 13/12/10 Pauline Ascher

La radioactivité 2p d’un point de vue expérimental expériences GANIL / LISE3 Faisceau primaire: 58Ni @ 75 MeV/A Cible de production : natNi 200 mg/cm2 Spectromètre LISE3 Dispositif de détection Implantation et identification Décroissance 2p : Q2p, T1/2 Absence de coïncidence b T1/2 du noyau fils RJC 2010 – 13/12/10 Pauline Ascher

trajectoire des ions implantés dérive des électrons d’ionisation Le détecteur TPC identification et trajectoire des ions implantés dérive des électrons d’ionisation noyau émetteur protons détecteur X-Y champ élect. Ionisation du gaz Dérive des électrons Détection sur le plan X-Y Dérive GEMs Matrice X-Y E Signaux sur les pistes X-Y + Composante Z (temps de dérive des électrons) Reconstruction en 3D de la trajectoire de la particule RJC 2010 – 13/12/10 Pauline Ascher

Expérience au GANIL en 2008 Analyse des données RJC 2010 – 13/12/10 Pauline Ascher

Procédure d’identification des noyaux implantés Paramètres d’identification : E1D6, E2D6, T1HFD6, T1G1D6, T1G2D6, GEM Estimation des paramètres pour chaque noyau : Pcal(Z,Tz) RJC 2010 – 13/12/10 Pauline Ascher

Spectres énergie de la TPC Fonction de fit 52Ni : émetteur b-p 52Ni Proton Faisceau Z X Y Implantation X Implantation Y Décroissance X Décroissance Y RJC 2010 – 13/12/10 Pauline Ascher

Analyse des signaux temps Temps entre le trigger de la piste et un t-stop commun Vitesse de dérive des électrons dans le gaz connue RJC 2010 – 13/12/10 Pauline Ascher

Parcours en 3D du proton émis 2 pics apparaissent, correspondant à l’émission des protons à 1,056 et 1, 344 MeV Ep = 1,056 MeV R = 3.57(8) cm Ep = 1,344 MeV R = 5.30(10) cm Valeurs théoriques : R(1,056 MeV) = 3.78 cm R(1,344 MeV) = 5.52 cm RJC 2010 – 13/12/10 Pauline Ascher

Valeurs dans la littérature : Radioactivité 2p de 54Zn En 15 jours de faisceau : 18 implantations de 54Zn! 11 décroissances 2p observées! Valeurs dans la littérature : RJC 2010 – 13/12/10 Pauline Ascher

Analyse des spectres énergie X Proton2 Proton1 Faisceau Y Z Fonction de fit pour la décroissance 2p : RJC 2010 – 13/12/10 Pauline Ascher

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Corrélations énergétiques Partage de l’énergie entre les deux protons émis Largeur en accord avec la théorie RJC 2010 – 13/12/10 Pauline Ascher

Analyse des signaux temps RJC 2010 – 13/12/10 Pauline Ascher

Reconstruction en 3D des événements 2p RJC 2010 – 13/12/10 Pauline Ascher

Corrélations angulaires Résultat préliminaire RJC 2010 – 13/12/10 Pauline Ascher

Conclusions et perspectives Observation directe de la radioactivité 2p de 54Zn Développement d’outils d’analyse pour la reconstruction des traces Limitations : Statistiques très faibles Perspectives Statistiques plus grandes Nouveaux émetteurs (59Ge, 67Kr) : expérience à RIKEN en 2011 (?) Projet ACTAR Merci de votre attention! RJC 2010 – 13/12/10 Pauline Ascher

Corrélations angulaires RJC 2010 – 13/12/10 Pauline Ascher

Emission 2p à la drip-line proton Goldanski et al, 1960 Depuis un état excité peuplé par des réactions nucléaires ( 14O, 17Ne, 18Ne) décroissance b2p (22Al, 26P, 31Ar,…) Depuis un état fondamental noyaux légers (6Be, 12O, 16Ne) t1/2~10-20 s “radioactivité 2p” (45Fe, 48Ni, 54Zn, ?) t1/2~ms RJC 2010 – 13/12/10 Pauline Ascher

Le détecteur TPC Les GEMs Le détecteur X-Y Multiplication des électrons afin d’obtenir un signal mesurable sur le détecteur X-Y Information énergie (énergie totale déposée par la particule dans le gaz) Information temps (distribution en temps de l’arrivée des charges sur le GEM) 2 plans perpendiculaires de 768 x 768 pistes (~100 mm) Pistes lues individuellement par des cartes de circuits intégrés : les ASICs RJC 2010 – 13/12/10 Pauline Ascher

Candidats à la radioactivité 2p Conditions d’observation drip line protons et Z pair Sp > 0 et S2p < 0 durée de vie = 1 ms ~ 10 ms Région de masse A~50 Candidats 42Cr, 45Fe, 48Ni, 49Ni, 54Zn … RJC 2010 – 13/12/10 Pauline Ascher

Modèles de masse modèle simple : effet tunnel d’une particule 2He à travers la barrière coulombienne si Q2P trop grand  T1/2 trop court si Q2P trop petit  effet tunnel trop lent: b+ domine la décroissance  A ~ 50 RJC 2010 – 13/12/10 Pauline Ascher

Mise en évidence de la radioactivité 2p (2002) Q2p coïncide bien avec le domaine d’énergie attendu Pas de coïncidence b Filiation : compatible avec la décroissance b de 43Cr  Informations indirectes compatibles seulement avec une décroissance 2p de 45Fe De même, décroissance 2p de 54Zn observée en 2004 au GANIL Détermination de Q2p et T1/2 ne suffit pas Nécessité de les observer directement afin de déterminer leur énergie individuelle et leur angle relatif  Développement d’un détecteur : Time Projection Chamber (TPC) RJC 2010 – 13/12/10 Pauline Ascher