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Thèse Année : 2002

Mesure de la masse atomique du noyau N=Z, 74Rb, avec le spectromètre MISTRAL

Résumé

Measuring the atomic mass of nuclei permits to obtain the binding energy which reflects all the interactions prevailing within the nucleus. For N=Z nuclei, the binding energy presents a singularity which can be reproduced by adding a Wigner term in the mass formulas. This effect is studied via the neutron-proton interaction which exhibits an excess for N=Z nuclei which tends to disappear for the even-even nuclei when the mass number A increases. However, for odd-odd N=Z nuclei, the neutron-proton interaction tends to be stabilized beyond A=40 with an excess of approximately 2 MeV. The atomic mass of the N=Z=37 74Rb was measured with the radiofrequency spectrometer MISTRAL which is installed at CERN. The cyclotron frequency of the 74Rb inside a magnetic field is measured by synchronizing it with the frequency of an electric field, which modulates the kinetic energy of the ions. This cyclotron frequency is compared with that of a reference nucleus, of well-known mass, inside the same magnetic field and the ratio of the two frequencies gives the ratio of the two atomic masses. This measurement whose the obtained precision is 116 keV, confirmed the stabilization of the neutron-proton interaction for odd-odd N=Z nuclei. Various mass formulas were studied and the neutron-proton interaction was calculated starting from the masses predicted by these formulas, and compared with the experimental values. In particular, the IBM-4 model, based on SU(4) symmetry, was used to calculate the masses of N=Z nuclei and even-even nuclei, so that the neutron-proton interaction for even-even N=Z nuclei could be deduced from it. Another interesting point of the 74Rb is its super-allowed transition to the 74Kr whose energy and half-life permit to calculate the coupling vector constant of the electroweak theory, which is supposed to be independent of the nucleus according to the CVC assumption.
La mesure des masses des noyaux permet d'obtenir l'énergie de liaison qui reflète toutes les interactions régnant au sein du noyau atomique. Pour les noyaux N=Z, l'énergie de liaison présente une singularité qui peut être reproduite par l'ajout d'un terme de Wigner dans les formules de masses. Cet effet est étudié par l'intermédiaire de l'interaction neutron-proton qui présente un excédent pour les noyaux N=Z qui tend à disparaître pour les noyaux pair-pair lorsque le nombre de masse A augmente. Cependant, pour les noyaux N=Z impair-impair, l'interaction neutron-proton tend à se stabiliser au delà de A=40 avec un excédent d'environ 2 MeV. Une mesure de la masse atomique du noyau N=Z=37 74Rb a été réalisée avec le spectromètre à radiofréquence MISTRAL qui est installé au CERN. La fréquence cyclotron du 74Rb à l'intérieur d'un champ magnétique est mesurée en la synchronisant avec la fréquence d'un champ électrique, qui module l'énergie cinétique des ions. Cette fréquence cyclotron est comparée à celle d'un noyau de référence, de masse bien connue, à l'intérieur du même champ magnétique et le rapport des deux fréquences donne le rapport des deux masses atomiques. Cette mesure dont la précision obtenue est de 116 keV, a confirmé la stabilisation de l'interaction neutron-proton pour les noyaux N=Z impair-impair. Différentes formules de masses ont été étudiées et l'interaction neutronproton a été calculée à partir des masses prédites par ces formules puis comparée aux valeurs expérimentales. En particulier, le modèle IBM-4, basé sur la symétrie SU(4) a été utilisé pour calculer les masses des noyaux N=Z et des noyaux pair-pair et ainsi en déduire l'interaction neutron-proton pour les noyaux N=Z pair-pair. Un autre point intéressant du 74Rb est sa décroissance super-permise vers le 74Kr dont l'énergie et la demi-vie permettent de calculer la constante de couplage vecteur de la théorie électrofaible, qui est supposée indépendante du noyau par l'hypothèse CVC.
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Citer

Nelson Vieira. Mesure de la masse atomique du noyau N=Z, 74Rb, avec le spectromètre MISTRAL. Physique Nucléaire Théorique [nucl-th]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2002. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00002578⟩
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