Noyaux Exotiques

L’équipe mène des recherches expérimentales pour étudier les propriétés fondamentales de noyaux atomiques loin de la stabilité et les interactions sous-jacentes.

NEX

Les activités de recherche du groupe « Noyaux Exotiques » portent sur des mesures expérimentales visant à produire et étudier des noyaux instables, afin de contraindre les modèles qui les décrivent, de préciser les limites de la table des isotopes et les masses atomiques, d’apporter des informations sur les processus astrophysiques de nucléosynthèse, de mettre en évidence ou de caractériser des phénomènes rares.

Le groupe réalise ses campagnes expérimentales auprès de diverses installations produisant des noyaux radioactifs dans le monde : GANIL (Caen, France), ISOLDE (CERN, Suisse), JYFL (Univ. de Jyväskylä, Finlande), GSI/FAIR (Darmstadt, Allemagne), RIKEN Nishina Center (Tokyo, Japon)…

EXPERTISE

Expériences auprès de diverses installations produisant des noyaux radioactifs dans le monde : GANIL, ISOLDE, JYFL, GSI/FAIR, RIKEN…

 

Production des noyaux exotiques par fragmentation du projectile (associée à un séparateur de fragments : LISE@GANIL, BigRIPS@RIKEN) pour produire à haute énergie les noyaux les plus instables, et technique ISOL (Isotopic on line separation : ISOLDE, IGISOL@JYFL) pour produire les noyaux à basse énergie avec une très grande pureté.

 

Recherches très exploratoires (l’étude des décroissances exotiques telle que la radioactivité 2-protons) et mesures de grande précision (comme les travaux sur l’interaction faible).

 

Développements instrumentaux associés : autour de l’installation DESIR pour SPIRAL2 (dispositifs HRS et ensemble GPIB/PIPERADE), des systèmes de détection (ACTAR TPC, détection WISArD), ou le dispositif NECTAR auprès de l’anneau de stockage CRYRING à GSI/FAIR.

Pour étudier les noyaux rares que nous cherchons à caractériser, nous mettons à profit les principales méthodes permettant de produire des noyaux exotiques : la technique de fragmentation du projectile, associée à un séparateur de fragments (LISE@GANIL, BigRIPS@RIKEN), qui permet de produire à haute énergie les noyaux les plus instables, et la technique ISOL (Isotopic On Line separation) qui permet de produire les noyaux à basse énergie avec une très grande pureté (ISOLDE, IGISOL@JYFL).

Ces techniques nous permettent de mener d’une part des recherches très exploratoires, comme l’étude des décroissances exotiques telle que la radioactivité 2-protons, et d’autre part des mesures de haute précision comme les travaux sur l’interaction faible.

Nos travaux de recherches nécessitent des instruments de mesures à la pointe de la technologie, c’est pourquoi nous sommes également fortement impliqués dans les développements techniques : autour de l’installation DESIR (salle pour la physique ISOL pour SPIRAL2 au GANIL) et de la purification des faisceaux (dispositifs HRS et ensemble GPIB/PIPERADE), des systèmes de détection (ACTAR TPC pour l’étude des décroissances exotiques, détection WISArD pour la recherche de courants scalaires de l’interaction faible), ou le dispositif NECTAR qui sera installé auprès de l’anneau de stockage CRYRING à GSI/FAIR.

N

Radioactivité 2-protons et décroissances exotiques

N

Tests de l’interaction faible du modèle standard

N

Structure et mesures de masses

N

Étude de la fission et désexcitations de noyaux fissiles

N

Astrophysique nucléaire

NEX| PIPERADE
NEX | PIPERAD©FannyCadou
NEX | TPC©cenbg
NEX | PIPERADE©fannycadou

Instrumentation pour DESIR

Piperade & GPIB

PIPERADE (PIège de PEnning pour des ions RAdioactifs à DEsir) is an ongoing project to build a Penning trap in order to purify and accumulate large samples of exotic nuclei. PIPERADE will be installed in the DESIR hall of the SPIRAL2 facility. Such a system will be suitable for studies of nuclei produced either by SPIRAL1, SPIRAL2 or S3

HRS

Systèmes de détection

ACTAR TPC

Un détecteur les décroissances exotiques et les réactions nucléaires

Dans le contexte de l’étude de la radioactivité 2-protons, le groupe avait développé un premier instrument de type TPC [BLAN08], [BLAN10] pour l’observation directe du phénomène et la mesure des corrélations en angle et en énergie des particules émises [GIOV07], [ASCH11], [AUDI12]. Afin de développer un instrument de nouvelle génération, nous nous sommes associés aux équipes de la collaboration MAYA (GANIL, Santiago de Compostella, KU Leuven) pour la réalisation d’un détecteur versatile pour la reconstruction de trajectoires de particules chargées . Ce détecteur répond aux besoins des études de structure et des réactions nucléaires (détecteur cible active) ainsi qu’aux besoins des mesures de décroissance radioactives par émission de particules chargées (détecteur TPC) : ACTAR TPC.

WISARD

Physique au-delà du Modèle Standard à basse énergie

L’interaction faible gouverne la décroissance β, les désintégrations de nombreux leptons, comme le μou le πpar exemple, et de hadrons, comme les K ou le Λ. Elle est décrite dans le cadre du Modèle Standard (MS) par la théorie « V-A ». Dans ce cadre, les éléments de matrice utilisés pour calculer les taux de désexcitation / désintégration ne font intervenir que des courants hadroniques et leptoniques de type « vecteur » et « axial- vecteur » [JACK57]. Cette restriction, par rapport aux cinq types possibles de courants qui vérifient l’invariance de Lorentz, est dictée par l’observation expérimentale de la violation de parité maximale dans l’interaction faible [WU57], qui se traduit notamment par l’observation exclusive de neutrinos d’hélicité gauche et d’anti-neutrinos d’hélicité droite [GOLD58]. Les constantes de couplage associées aux trois courants restants, de types scalaire, tenseur et pseudo-scalaire, sont donc supposées nulles bien que rien ne l’oblige d’un point de vue théorique. La recherche de contributions à l’interaction faible au-delà du MS consiste alors à chercher les effets de ces courants dits « exotiques », soit à très haute énergie, par la recherche de nouvelles particules, ou à basse énergie, dans la décroissance β. C’est à cette deuxième catégorie qu’appartient l’expérience WISArD : Weak Interaction Studies with 32Ar Decay.

ERC Nectar

Dispositif de détection pour NECTAR

Les sections efficaces des réactions induites par neutron sur des noyaux radioactifs sont essentielles à notre compréhension de l’astrophysique nucléaire et présentent également un intérêt pour les applications industrielles telles que la transmutation des déchets nucléaires. Le projet NECTAR, financé par l’ERC, a pour but de déterminer ces sections efficaces de manière indirecte en utilisant de nouvelles techniques de détection auprès des anneaux de stockage.

Publications

Detailed study of the decay of 32Ar, Blank, B.; Adimi, N.; Alcorta, M.; Bey, A.; Borge, M. J. G.; Brown, B. A.; de Oliveira Santos, F.; Dossat, C.; Fynbo, H. O. U.; Giovinazzo, J.; Knudsen, H. H.; Madurga, M.; Magilligan, A.; Matea, I.; Perea, A.; Sümmerer, K.; Tengblad, O. & Thomas, J. C., The European Physical Journal A, 2021, 57

β decay of the very neutron-deficient 60Ge and 62Ge nuclei, Orrigo, S. E. A.; Rubio, B.; Gelletly, W.; Aguilera, P.; Algora, A.; Morales, A. I.; Agramunt, J.; Ahn, D. S.; Ascher, P.; Blank, B.; Borcea, C.; Boso, A.; Cakirli, R. B.; Chiba, J.; de Angelis, G.; de France, G.; Diel, F.; Doornenbal, P.; Fujita, Y.; Fukuda, N.; Ganioifmmode gelse ğfilu, E.; Gerbaux, M.; Giovinazzo, J.; Go, S.; Goigoux, T.; Grévy, S.; Guadilla, V.; Inabe, N.; Kiss, G. G.; Kubo, T.; Kubono, S.; Kurtukian-Nieto, T.; Lubos, D.; Magron, C.; Molina, F.; Montaner-Pizá, A.; Napoli, D.; Nishimura, D.; Nishimura, S.; Oikawa, H.; Phong, V. H.; Sakurai, H.; Shimizu, Y.; Sidong, C.; Söderström, P.-A.; Sumikama, T.; Suzuki, H.; Takeda, H.; Takei, Y.; Tanaka, M.; Wu, J. & Yagi, S., Phys. Rev. C, 2021, 103, 014324