 la radioactivité  deux-protons  l’interaction electro-faible via les transistion 0 + -> 0 +  la radioactivité  deux-protons  l’interaction electro-faible via les transistion 0 + -> 0 + Bertram Blank – 12 mai 2006 LPC Caen Bertram Blank – 12 mai 2006 LPC Caen

quand tenir le dernier proton est juste au dessus des forces du noyau…  du fait de la charge électrique du proton, il se crée un effet capable de retenir, pour un temps très court, la dernière particule: la barrière coulombienne  dans le monde quantique (l’infiniment petit), les particules peuvent traverser les obstacles, même si elles n’ont pas assez d’énergie pour le faire: c’est l’effet tunnel ce phénomène est la radioactivité (un)-proton  découvert en 1981 au laboratoire de physique nucléaire (GSI) de Darmstadt (Allemagne) par S. Hofmann et O. Keppler  une trentaine de cas connus aujourd’hui, parmi les noyaux sur la frontière de la carte des isotopes, du côté riche en protons

pour gagner un peu de stabilité, protons et neutrons s’associent par paires  à la drip-line, cet appariement permet d’ajouter deux protons à un noyau alors qu’en ajouter un seul n’est pas possible  pour certains noyaux, les deux derniers protons ne sont pas tenus par l’interaction nucléaire forte, et c’est encore la barrière coulombienne (effet de la charge électrique) qui les retient  les deux protons corrélés par l’appariement traversent la barrière coulombienne, et la paire – qui n’est pas viable hors du noyau – se brise en 2 protons libres une nouvelle radioactivité est née, la radioactivité 2-protons elle était prédite depuis les années 60, mais elle était restée inaccessible jusqu’en appariement: - effet de créneau des drip-lines - position des noyaux stables

émission simultanée: « réaction à 3 corps » région A~50 durées de vie: ~ms radioactivité 2 He 39 Ti, 42 Cr, 45 Fe, 49 Ni, 48 Ni, 54 Zn, ?… émission séquentielle: décroissance  -2p 22 Al, 26 P, 31 Ar,… 2p??

Emission 2p  -retardée Emetteurs  -2p experimentallement observés Étudié en détail 31 Ar

 delayed 2p emission: 31 Ar Maria J.G. Borge, H.O.U. Fynbo, J. Thaysen et al. ISOLDE facility

1st emitted 2nd emitted 30 S* 29 P Emission  2p : 31 Ar Emission séquentielle!!

Nouveau dispositif pour l’étude de l’émission  2p 6 Si strip XY 6 Si standard  ~ 200 voies 3 Ge clover

L’étude de l’émission  -xp : Résultats Iolanda Matea, Nassima Adimi Autres noyaux - 22 Al, 22,23 Si, 26 P, 27 S, 35 Ca, 39 Ti… Autres décroissances: - 13 O   p3  - 17 Ne   p  +  12 C L’étude de l’émission  -xp : Perspectives 33 Ar: spectre protons 31 Ar: spectre protons

CKM mixing matrix coupling quark states in the Standard Model unitarity condition V ud ~ 95 % V us ~ 5 % V ub ~ 0… % V ud : - nuclear 0 +  0 + decays - neutron decay  Part. Data Group (2004)  Serebrov et al. (2005) - pion beta decay (larger uncertainty) V us : - K X decays + form factor  Leutwyler-Roos (1984)  Cirigliano et al. (2005) deviation to unitarity V ud nuclear 0 +  0 + neutron decay pdg 04 neutron decay Se 05 V us K decay: pdg04 + LR 84 ~ 2  ok K: all results + LR 84 ok ~ 2  K: all results + Ci 05 ~ 2  ok the situation today

matrix element coupling constant Fermi decay and CVC: Correction terms: for T = 1 states CVC : ft = constant for given isospin Fermi 0 +  0 + transitions and CVC hypothesis  radiative corrections  R nucleus independent (~ 2.4 %)  R nucleus dependent (~ 1.5 %)  isospin symmetry breaking  C ~ 0.5 %, nuclear structure insight:  C -  NS Corrected Ft:

Experimental ft measurements precision measurements required to test Ft value  ~10 -3 Q EC mass measurements f ~ Q EC 5 T 1/2, BR  -decay studies t = T 1/2 / BR Status in 2005  9 best cases 10 C, 14 O, 26m Al, 34 Cl, 38m K, 42 Sc, 46 V, 50 Mn, 54 Co  many recent results 22 Mg T 1/2, BRTexas A&M Q EC Argonne, ISOLDE 34 Ar T 1/2, BRTexas A&M Q EC ISOLDE 62 Ga T 1/2, BR GSI, Jyväskylä, Texas A&M 74 Rb T 1/2,BRTRIUMF, ISOLDE Q EC ISOLDE 46 VQ EC Argonne 38 Ca Q EC NSCL / MSU T 1/2 Q EC BR

 c correction:  R correction: Towner & Hardy 2002 Ft value and its corrections

Average Ft value (november 2005) Ft = ( ± 0.75) s

Best 0 +  0 + decay cases Experimental precision reaches theoretical calculations level Theoretical corrections should be calculated in different formalisms (currently mainly shell model) 46 V mass recently re-measured (JYFL, ANL) 10 C branching ratio Hardy, Towner 2004

Uncertainties: challenges for T Z = -1 nuclei Hardy, Towner 2004 similar T 1/2 of parent and daughter precise determination is difficult branching ratio < 100 %: BR determination requires very precise gamma efficiency calibration (<10 -3 !!!)  need for decay studies Hardy & Towner 2004

Hardy, Towner 2004 heavier T Z = 0 nuclei further from stability lower production rates lower proton binding energy  higher radial overlap correction high charge Z stronger isospin mixing effects  important Coulomb correction  C higher shells involved  theoretical uncertainties recent measurements for 62 Ga and 74 Rb

Ft value and its corrections Problems: large model spaces for mid-fp shell nuclei  large errors close to 100 Sn: smaller model spaces with a 100 Sn core  94 Ag, 98 In most likely large, but precisely known corrections  “easy” to test…. to measure: Q value half-life branching ratios but also: masses of isobaric analogue states in neighboring nuclei  needed to determine  c correction needed: production rate of about 1000 pps