 la radioactivité  deux-protons  l’interaction electro-faible via les transistion 0 + -> 0 +  la radioactivité  deux-protons  l’interaction electro-faible.

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1  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

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3 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

4 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 2002. appariement: - effet de créneau des drip-lines - position des noyaux stables

5 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??

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

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

8 1st emitted 2nd emitted 30 S* 29 P Emission  2p : 31 Ar Emission séquentielle!!

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

10 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

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12 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

13 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:

14 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 0+0+ 0+0+

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

16 Average Ft value (november 2005) Ft = (3073.66 ± 0.75) s

17 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

18 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

19 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

20 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

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