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High precision measurement of 62Ga half-life - 2001

Date: Novembre 2001

 

Collaborations :

* ANL Argonne (USA)
* CEN Bordeaux Gradignan (France)
* GSI Darmstadt (Allemagne)
* Univ. Sofia (Bulgarie)
* Univ. Liverpool (UK)
* Univ. Varsovie (Pologne)
* Univ. Edinburgh (UK)

 

Objectifs :

Les transitions de Fermi superpermises 0+ -> 0+ sont activement étudiées de nos jours. En effet, l’étude de la désintégration bêta pour certains noyaux, au travers du calcul des valeurs ft et des valeurs Ft corrigées, conduit à la mesure la plus précise de la constante de couplage de Fermi : Gn. Cette constante, avec celle concernant la décroissance des muons, permet de remonter à un des éléments (Vud) de la matrice de mélange des quarks de Cabbibo-Kobayashi-Maskawa (CKM). D’après le Modèle Standard et dans l’hypothèse de la conservation du vecteur courant (CVC hypothesis), cette matrice doit être unitaire [1].

 

Figure 1 : valeurs Ft calculées pour différents noyaux. On constate la dépréciation de la précision au delà de la masse 60.

 

Or, pour le calcul des valeurs ft, la mesure de trois grandeurs est nécessaires :

* la durée de vie du noyau radioactif (T1/2),
* la chaleur de réaction disponible (Qb) et
* les rapports d’embranchements (BR).

A l’heure actuelle, les mesures sur neuf isotopes (allant de 10C à 54Co) atteignent le niveau de précision requis. Pour les noyaux de masse plus lourde (62Ga, 66As, 74Rb,...), les données demeurent insuffisantes (figure 1).

Cette expérience, avec celle de Jyväskylä en Juin 2002, avait donc pour but la mesure très précise de la durée de vie de 62Ga.

 

Dispositif expérimental :

Les noyaux 62Ga ont été produits par réactions de fusion évaporation 40Ca(28Si, npa)62Ga à 4.8 MeV par nucléon. Les produits de réactions ainsi créés, étaient ionisés à l’aide d’une source Febiad-E2, puis séparés en masse. Le faisceau de basse énergie de 62Ga était ensuite implanté sur une bande de collection pendant 350 ms, avant d’être transporté vers le système de détection (temps de transport de l’ordre de 100 ms). Après un délai de 10 ms, la mesure de la décroissance débutait et se prolongeait pendant une période de 1600 ou 1800 ms, le faisceau étant défléchi loin en aval puis un nouveau cycle d’accumulation commençait.

 

Figure 2 : photo du dispositif de détection.

 

Le dispositif de détection était formé d’un détecteur gazeux 4p pour les particules bêta ainsi qu’un détecteur germanium pour le rayonnement gamma. Le détecteur bêta était constitué de deux chambres monofil en forme de demi sphère, utilisées en mode de saturation avec du gaz P10 légèrement au dessus de la pression atmosphérique. La très fine fenêtre d’entrée en mylar autorisait la détection des particules bêta de très faible énergie. Le détecteur germanium, placé à une distance de 4 cm du point de mesure, était utilisé en double modes d’acquisition : avec et sans coïncidence bêta afin de connaître l’activité gamma totale et celle liée aux noyaux radioactifs implantés. Les figures 2 et 3 présente le dispositif expérimental.

 

Figure 3 : schéma simplifié du dispositif expérimental

 

Résultats :

Pendant toute la durée de l’expérience, nous avons enregistré une quarantaine de runs ce qui correspond à l’accumulation de plus de 38x106 décroissances de 62Ga. La figure 4 montre la statistique obtenue pour un run complet ainsi que pour l’ensemble des données.

Les mesures de haute précision comme celle-ci exigent que l’estimation des erreurs soit la plus fine possible afin que le résultat final soit fiable. A cette fin, lors de l’expérience, nous avons fait varier différents paramètres liés aux détecteurs et au système d’acquisition tels que la haute tension appliquée aux détecteurs gazeux ou le temps mort de l’acquisition. Il s’est avéré que les variations de ces paramètres n’avaient pas d’influence mesurable sur le résultat.

Dans le même esprit, lors de l’analyse des données, l’importance du bruit de fond et l’éventuelle présence de contaminants radioactifs (62Ge, 62Zn...) ont été prises en compte lors de la détermination de la période. La valeur ainsi obtenue est : T1/2 = (116.19 ± 0.04) ms. Le tableau et la figure ci-dessous récapitulent les différentes valeurs mesurées depuis plus de 25 ans.

 

Figure 4 : Le spectre du dessus montre la statistique obtenue pour un run ainsi que la mesure de la période réalisée. Celui du bas correspond à la même chose pour tous les runs sans correction.

 

Figure 5 : le spectre représente graphiquement les valeurs résumées dans le tableau 1

 

Ce travail

Alburger et al.

Chiba et al.

Davids et al.

Hyman et al.

Moyenne

 

[2]

[3]

[4]

[5]

 

116.19(4)

115.95(30)

116.4(15)

116.34(35)

115.84(25)

116.18(4)

Tableau 1: Récapitulatif des différentes mesures de la période de 62Ga. Toutes les valeurs sont exprimées en milliseconde.

 

Perspectives :

La précision obtenue sur la période lors de cette expérience et celle de Jyväskylä de Juin 2002 est à présent suffisante pour le calcul des valeurs ft et Ft. Pour ce noyau, l’effort doit maintenant porté sur les mesures de rapports d’embranchements et de chaleur de réaction qui ne sont pas suffisamment bien connus. D’autre part, la réalisation d’expériences visant à mesurer ces mêmes quantités pour des noyaux de masse plus lourdes (66As, 70Br, 74Rb etc.) est activement à l’étude.

 

Références :

[1] B. Blank et al., Phys. Rev. C 69, 015502 (2004).
[2] D. E. Alburger et al., Phys. Rev. C 18, 1875 (1978).
[3] R. Chiba et al., Phys. Rev. C 17, 2219 (1978).
[4] C. N. Davids et al., Phys. Rev. C 19, 1463 (1979).
[5] B. C. Hyman et al., Phys. Rev. C 68, 015501 (2003).