Study of neutron-rich nuclei structure around the N=28 shell closure using the in-beam gamma spectroscopy technique.
Étude de la structure des noyaux riches en neutrons autour de la fermeture de couches N=28 par spectroscopie gamma en ligne.
Résumé
For a few years now, a loss of magicity in neutron-rich nuclei near the neutron drip-line at N=28 has been suggested and observed. Deformation in these nuclei has been observed. The deformation was explained in S isotopes as being due to a moderate reduction of the N=28 shell closure together with a proton induced collectivity originating from the near degeneracy of the proton d$_{3/2}$ and s$_{1/2}$ orbitals. As a consequence, the observed deformation seems to result from a subtle interplay between neutron and proton excitations. Since the proton configuration in the Si isotopes is expected to be more stable due to the Z=14 sub-shell gap, $^{42}$Si was considered as a key nucleus in order to distinguish the different effects responsible for the structural changes observed at N=28. Even if it is at the limits of our technical possibilities, an in-beam gamma-spectroscopy experiment using two-step fragmentation and one or several nucleons knockout reaction mechanisms was performed at GANIL. The measurement of the energy of the first excited state in $^{42}$Si, combined with the observation of $^{38,40}$Si and the spectroscopy of $^{41,43}$P, has given evidence for the loss of magicity at N=28 far from stability. Modifications of the effective interaction used in modern shell model calculations have been completed following this investigation, increasing its predictive character. This study conforms the role of the tensor force and the density dependence of the spin-orbit interaction in the collapse of the N=28 shell closure.
Depuis quelques années, une perte du caractère magique des noyaux riches en neutrons à l'abord de la drip-line a été suggérée et observée pour N=28 neutrons. On note la présence de déformation pour ces noyaux, notamment dans le noyau de $^{44}$S, qui peut s'expliquer par une réduction modérée du gap N=28 et la quasi-dégénérescence des orbitales protons d$_{3/2}$ et s$_{1/2}$. Il demeure cependant difficile de distinguer la contribution relative des excitations neutron et proton dans la déformation. Dans le cas des isotopes du silicium, on s'attend à une stabilité de la configuration proton liée au gap en énergie de la sous-couche Z=14. C'est ainsi que le $^{42}$Si peut être considéré comme un noyau clé pour pouvoir distinguer les différents effets responsables des changements structurels observés à N=28. Pour mener à bien l'étude de ce noyau, le facteur limitant étant le taux de production accessible extrêmement faible, une expérience de spectroscopie en ligne avec double fragmentation du faisceau faisant intervenir des processus d'arrachage - dits de "knockout" - de plusieurs nucléons fut réalisée au GANIL. La mesure de l'énergie du premier état excité du $^{42}$Si, combinée à celles des noyaux de $^{38,40}$Si et la spectroscopie de noyaux $^{41,43}$P, a permis de confirmer la perte de magicité pour N=28 loin de la stabilité. Une modification de l'interaction effective utilisée dans le cadre des calculs de type modèle en couches modernes a pu être apportée, accentuant ainsi son caractère prédictif. Cette étude confirme le rôle de la force tenseur et de la dépendance en densité de l'interaction spin-orbite dans l'affaiblissement de la fermeture de couches N=28.