Halo nuclei: spectroscopy of bound excited states by Coulomb excitation and development of an original technique for the measurement of excitation functions
Noyau à halo : spectroscopie de niveaux excités liés par excitation coulombienne et développement d'une méthode originale pour la mesure des fonctions d'excitation
Abstract
This thesis presents the study of halo nuclei (whose last nucleons are weakly bound and able to move far from the core) in two different and original ways: the first one is a search of bound excited levels by means of Coulomb excitation of medium energy radioactive beams. After a brief recall of classical and relativistic Coulomb excitation theory (Winther and Alder's model), we describe experimental set-up. We used Doppler effect as a signature of the de-excitation of the projectile. The data analysis shows that we populated the excited state E1 of 11Be nucleus with the cross-section rather different from theoretical value. Different explanations are possible: -destructive Coulomb-nuclear interferences; - an excitation followed by the dissociation of the projectile. This is for the first time that such a result is obtained for radioactive beams at high energy: it shows that Coulomb excitation is a reliable method for the spectroscopy of halo nuclei. In the case of the other studied nuclei 12,14Be and 8He, we havn't found excited bound state: upper limits for E1 transition probabilities are given. The second part of this report presents an original technique allowing the measurement of fragmentation excitation function with a beam at fixed energy: it is suitable to study dissociation of weakly bound nuclei. The technique uses a telescope of silicon detectors which plays in the same time the role of target, slowing down material and effective detector. The method used for both reactions (triton, deuteron) and 8B, 7Be plus proton proved to be of limited use in the low energy domain due to experimental conditions. However, even if these difficulties are overcome, it seems very difficult to reach the Coulomb barrier domain with our method.
Cette thèse aborde l'étude des noyaux à halo (dont les derniers nucléons faiblement liés peuvent se mouvoir loin du cœur) par deux voies originales: la première correspond à la recherche de niveaux excités dipolaires liés du halo, au moyen de l'excitation Coulombienne de faisceaux radioactifs aux énergies intermédiaires. Après avoir rappelé les principes de l'excitation Coulombienne classique et relativiste (modèle de Winther et Alder), nous décrivons le dispositif expérimental utilisant l'effet Doppler comme signature de la désexcitation du projectile; l'analyse des données montre que nous avons peuplé le premier niveau excité E1 du noyau [sub]11[/sub]Be; la section efficace obtenue est sensiblement différente de la valeur calculée; différentes explications théoriques sont envisagées: a) interférences destructives Coulombienne-nucléaire, b) dissociation après excitation du projectile. Ce résultat constitue une première pour des faisceaux radioactifs d'énergie aussi élevée et ouvre la voie à l'étude spectroscopique des noyaux exotiques par l'excitation Coulombienne. Pour les autres noyaux étudiés [sub]12,14[/sub]Be et [sub]8[/sub]He, ce travail n'a mis en évidence aucun niveau excité lié accessible par transition E1: nous donnons des limites sur les probabilités correspondantes. La deuxième partie de ce mémoire présente le développement d'une méthode originale autorisant la mesure de la fonction d'excitation de fragmentation sous un seul réglage faisceau logique, et bien adaptée à la dissociation de noyaux peu liés: la technique expérimentale se fonde sur l'utilisation d'un télescope de jonctions semi-conductrices jouant tout à la fois le rôle de cible, de ralentisseur et de détecteur efficace. Les fonctions correspondant aux réactions de fragmentation (triton, deuton) et ([sub]8[/sub]B, [sub]7[/sub]Be et proton) actuellement analysées présentent un seuil en énergie élevé en raison de coupures expérimentales: il apparaît toutefois que même en y remédiant, il sera très difficile, par cette technique, de s'approcher de la barrière Coulombienne
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