Flore Skaza Réactions directes induites par faisceaux exotiques: étude de l 8 He et développement futur à FAIR 08/03/06

Paysage nucléaire Réactions directes Diffusion élastique de - et de hadrons (p,n) rms, ρ p et ρ n Diffusion inélastique et réactions de transfert spectroscopie, énergie des états, spin et parité, facteurs spectroscopiques Diffusion élastique et inélastique 8 He(p,p) EXL (EXotic nuclei studied in Light-ion induced reactions at the New Experimental Storage Ring)

6 He : J.S. Al-Khalili and J.A. Tostevin and I.J. Thompson PRC 54 (1996) He : M.V. Zhukov, A.A. Korsheninnikov, and M.H. Smedberg, PRC 50 (1994) R1 8 He COSMA Modèle à 5 corps 6 He Modèle à 3 corps Rayon de matière (rms) = 2.5 fm

A. Lagoyannis et al., Physics Letters B 518 (2001) Calcul: potentiel microscopique incluant une densité issue du modèle en couches sans coeur Diffusion élastique: sensible au rayon de matière de la densité Diffusion inélastique : sensible à la forme de la densité 6 He(p,p) 6 A.MeV Un outil pour tester les densités de matière: la diffusion élastique et inélastique MUST

8 72 MeV/nucléon Counts E* 8 He (MeV) Couverture angulaire insuffisante Faible statistique Faible statistique A.A. Korsheninnikov et al., PLB 316 (1993) ± 0.12 MeV Γ = 0.5 ± 0.35 MeV ? Impossibilité de mener une analyse microscopique

Dispositif expérimental à GANIL Faisceau SPIRAL MeV/n pps Chambre à réaction Mur de Plastiques CATS1CATS2 8 He, 6 He, 4 He Cible (CH 2 ) n 8.25 mg/cm 2 X, Y, T p MUST X, Y, T, E E, T Faraday CATS: S. Ottini et al., NIM A 431 (1999) m MUST: Y. Blumenfeld et al., NIM A 421 (1999) 421

CATS2 Cible MUST Faraday 8 He

p Θ lab Ep p 50° ±20°Cinématiques

8 Hep Θ lab Ep p 50° ±20° Spectres en énergie dexcitation 8,7,6 He keV 8 He 7 He 930 keV 6 He

E* 8He (MeV) 3.62 MeV 5.4 MeV 1.3 MeV LMH 1.2 MeV LMH 8 He Spectroscopie des 8,7,6 He ± 0.14 MeV Γ = 0.3 ± 0.2 MeV ? 5.4 ± 0.5 MeV Γ = 0.3 ± 0.5 MeV 8 He+p d+ 6 He+n carbone EtatPosition (MeV)Γ (MeV) 3/ ± ± 0.05 (1/2 - )0.9 ± ± 0.9 (5/2 - )2.9 ± 0.1 carbone 8 He+p t+ 5 He+n ± 0.09 MeV ± 0.1 MeV Γ = 0.3 ± 0.2 MeV (1.797(25)) (0.113 (20)) 7 He 6 He

Distributions angulaires 8 He(p,p) 8 He et 8 He(p,p) 8 He* 3.6MeV 8 He(p,d) 7 He 8 He(p,t) 6 He et 8 He(p,t) 6 He* 1.8MeV

8 He p 7 He d 8 He 2+ TESTER LA STRUCTURE DE L 8 He p Couplage avec le transfert (p,d) Continuum du d Formalisme (p,d) N. Keeley et al. PRC 69 (2004) Potentiel microscopiquePotentiel phénoménologique Modèle optique Potentiel microscopique U(ρ,E)=V+iW

λvλv λwλw COSMA SAGAWA Navrátil V. Lapoux et al., PLB 517 (2001) 18, NPA 722 (2003) 49c regarder linfluence du transfert… Analyse de la diffusion élastique 8 He(p,p) avec le modèle optique 72 A.MeV 15.6 A.MeV

8 He/ 7 He C²S = 4.4 ± 1.3 Comprendre les couplages avec le transfert 8 He(p,d) 7 He Et alors lélastique ? Données : A.A. Korsheninnikov et al., PRL 82 (1999) 3581 Fermeture de couche p3/2 F. Skaza et al. accepté par PRC

Couplage élastique 8 He(p,p) transfert 8 He(p,d) 7 He Les couplages sont sous contrôle, voyons avec le (p,p) Potentiel en voie de sortie F. Skaza et al. PLB 619 (2005) 82

Couplage 8 He(p,d), 8 He(p,p) et 8 He(p,p) 8 He * 2+ et le (p,p) …

Couplage 8 He(p,d) 7 He, 8 He(p,p) et 8 He(p,p) 8 He * 2+ Les densités de transitions du NCSM ne reproduisent pas les données

8 He p 7 He d TESTER LA STRUCTURE DE L 8 He Continuum du d 6 He 6 He 2+ t t

Préliminaire N. Keeley C 2 S=0.05 C 2 S=1.0

MeV/n 8 He(p,p) 2 états excités Transfert de 1 neutron Spectroscopie de l 7 He: indication dun état 1/2 - à basse énergie Test des densités microscopiques Nécessaire de prendre en compte les couplages 8 He(p,d) 7 He C 2 S = 4.4±1.3 fermeture de couche p3/2 8 He(p,p) 8 He* 2+ très faiblement excité Transfert de 2 neutrons Distributions angulaires 8 He(p,t) 6 He, 8 He(p,t) 6 He*2+ Analyse complexe qui nécessite de prendre en compte les processus en une (2 nucléons transférés) et deux étapes (passage par 7 He non lié résonant) Tous les éléments pour mener à bien lanalyse 8 He(p,t) 6 He C 2 S = He(p,t) 6 He* 2+ C 2 S = 0.05

Perspectives MUST2 MUST Mesurer lors dune même prise de données toutes les voies de réactions: Diffusion élastique et inélastique Réactions de transfert MUST2, TIARA Augmentation de la couverture angulaire Compacité Couplage avec détecteur (EXOGAM) Génération actuelle et future de faisceaux radioactifs SPIRAL REX ISOLDE SPIRAL2, FAIR(NUSTAR) … EURISOL

FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) GSI Faisceaux primaires: Intensité: ions/s pour tous les éléments (Z92) avec des énergies jusquà 2200 MeV/u (A/Q=2) NUSTAR

NUSTAR (Nuclear Structure, Astrophysics and Reactions Collaboration) EXL (New Experimental Storage Ring) R3BR3B HISPEC DESPEC MATS LASPEC NCAP Exo+pbar ILIMA EXL ELISe pbarA PIONIC Anneau de stockage Augmente lintensité du faisceau cible mince gazeuse Bonne résolution Limité aux noyaux avec T 1/2 > 500 ms

EXL (EXotic nuclei studied in Light-ion induced reactions at the New Experimental Storage Ring) Diffusion élastique et inélastique Réactions déchange de charge (Réactions de transfert) Diffusion quasi-libre Sur cible légère: p, d, 3,4 He Energie du faisceau de 740 MeV/n (à quelques dizaines de MeV/n) Complémentarité avec ELISe (Electron- Ion scattering in a Storage Ring) Collisionneur électrons-ions Diffusion élastique, inélastique et quasi- libre délectrons sur ions

EXL: autour de la cible IPN engagé dans la R&D du calorimètre jusquà fin 2007 J-A Scarpaci = coordinateur du calorimètre ESPA (EXL Silicon Particle Array) EGPA (EXL Gamma and Particle Array) R&D commune avec R 3 B: Scintillateur APD,PM FEE (Front End Electronique) acquisition Mais design différent Base commune pour simulation Mesurer des γ de 0 à 4 MeV dans le cdm Boost de Lorentz jusquà β=0.82 Soit des γ de 0 à 20 MeV dans le laboratoire Mesurer des protons de haute énergie qui traversent ESPA (Ep>300MeV)

θ (°)R = 60 cm cm cm cm cm cm * Avalanche photodiodes in scintillation detection, M. Moszynski et al. NIM A 497 (2003) 226 E γ ° =1,2,3,…,10 MeV * 2*2 cm 2 à 60cm 9900 cristaux E γ ° =1 MeV E γ ° =2 MeV E γ ° =3 MeV E γ ° =4 MeV … E γ ° =10 MeV Effet Doppler : Quelle résolution?

Petite simulation θ lab E lab E γ θ γ Détection 4π Particule chargée : recul Seuil = 0.1 MeV E = 50 keV θ = 0.086° φ = 0.086° R = 33 cm Gamma Seuil = 50 keV E/E = 5 % /E θ = 2° φ = 2° R = 60 cm Straggling en énergie et angulaire dans la cible négligeable Détection du projectile non prise en compte Faisceau parfait ( centré en (0,0,0) et //Oz) Taille de la cible non prise en compte

Petite simulation 310 keV 30 keV à 160 keV Sn A.MeV 670 keV 30 keV à 160 keV proton γ Energie dexcitation du 132 Sn reconstruite avec le proton et le γ θ lab E lab E γ θ γ Calorimètre indispensable Point dinteraction (x,y,z) avec -0.5 < x,y,z < 0.5 mm Point dinteraction(0,0,0)

Simulation de la réponse dun ensemble de cristaux de CsI (Geant4+Root) Simulation Geant4 Efficacité de reconstruction énergie et position Thomas Zerguerras

Simulations de la collection de lumière (LITRANI: LIght TRansmission in ANIsotropic media) Collection de la lumière Bernard Genolini Programme Monte-Carlo pour la simulation de la propagation des photons optiques Développé au CEA, Saclay pour GLAST et le calorimètre de CMS Librairies pour différents –Scintillateurs: PbWO4, CsI(Tl) –Wrapping: Tyvek, VM2000 –PMT (XP2020), APD –Etat de surface Input = fichier ROOT fournit à partir du programme de simulation GEANT4 Test de cristaux (CsI) de taille différente 22*22,44,66*200 mm*mm*mm couplés à APD,PM Validation simulation et régler LITRANI

Jean Peyré CAO pour le calorimètre de R 3 B Grande perte géométrique 11,7%Perte géométrique pour EndCap: 2.1% End Cap Sphérique Mur

Détection à lavant: cristaux de CSi(Tl) 1 cristal: 19*19*200 mm 3 Tous les cristaux identiques Perte géométrique:4,5% Philippe Rosier CAO pour le calorimètre dEXL

Jean Peyré 32 crystals

Conclusions Simulation Géométrie+interaction rayonnement matière (Geant4+Root) LITRANI valider le design du futur calorimètre valider le design du futur calorimètre CAOMécanique Tests Tests en cours Différentes tailles APD/PM Comparaison avec LITRANI validation simulation R&D utile pour SPIRAL2

Collaborations EXL F. Azaiez, D. Beaumel, Y. Blumenfeld, B. Genolini, E. Khan, J. Pouthas, J. Peyré, J.-A. Scarpaci, F. Skaza, T. Zerguerras IPN Orsay, France 31 laboratoires de 15 pays E405S F. Skaza, N. Alamanos, F. Auger, A. Drouart, A. Gillibert, N. Keeley, V. Lapoux, L. Nalpas, A. Obertelli, E.C. Pollacco, R. Raabe, J.-L. Sida CEA-Saclay DAPNIA/SPhN, France D. Beaumel, E. Becheva, Y. Blumenfeld, F. Delaunay, J-A. Scarpaci IPN Orsay, France L. Giot, P. Roussel-Chomaz GANIL, France A. Pakou Univ. IOANNINA, Grèce S.V Stepantsov, R. Wolski JINR-FLNR DUBNA, Russie