First attempt toward a quasi-Pandemonium free β-delayed spectroscopy of ⁸⁰Ge using PARIS at ALTO
Première tentative vers une spectroscopie β-retardée de ⁸⁰Ge quasi-libre de l'effet de Pandémonium avec PARIS à ALTO
Résumé
The β-decay, a precisely described process at the most elementary (quark) level, becomes a rich and complex probe when involved in the strongly interacting multi-nucleon medium which is the atomic nucleus. In this correlated system the transformation of a neutron into a proton (or vice versa) described by the Fermi and Gamow-Teller operators gives rise to collective states involving coherently a large fraction of the nucleons under the form of a giant resonance. Close to stability, for neutron-rich nuclei, these giant resonances lie far above the energy window accessible in the β-decay (Qᵦ), and this decay must proceed through tail components of these resonances in competition with first-forbidden transitions. However, the advent of a new generation of Radioactive Ion Beam facilities making possible β-decay studies of nuclei with ever larger Qᵦ windows, beyond 10 MeV, now changes this perspective. For instance β-decay of exotic nuclei can provide a new and unique method to investigate the more neutron-skin-sensitive collective motion Pygmy Dipole Resonance (PDR) and also an opportunity for a deeper understanding of exotic phenomena involved in nuclear β-decay through precise measurement of the Gamow-Teller transition strength distribution, B(GT). The objective of this thesis is to improve the understanding of the structure in the neutron threshold (Sn) region of exotic nuclei and the influence of this structure on the B(GT) by studying a mixed ⁸⁰ᵍ⁺ᵐGa source collected at the BEDO decay station of the ALTO Isotope Separation On Line facility in Orsay. The ⁸⁰ᵍGa and ⁸⁰ᵐGa β-decaying states having spin-parity 6⁻ and 3⁻ respectively, this source has the advantage that it can populate an unusually large spin-range of daughter states in the nucleus ⁸⁰Ge. The goal of this work therefore covers three aspects: investigate the PDR in ⁸⁰Ge, disentangle the decay level schemes fed by the two β-decaying states of ⁸⁰Ga and achieve a precise determination of the associated B(GT) in the whole Qᵦ window. To achieve this goal, a hybrid gamma spectrometer composed of PARIS NaI/LaBr₃ phoswiches associated to high resolution Ge detectors was used. A detailed analysis is presented in this manuscript, the results suggest a manifestation of PDR in ⁸⁰Ge. Separated decay level schemes and B(GT) distributions of ⁸⁰ᵍ⁺ᵐGa are proposed for the first time. In addition, through comparison with state-of-the-art nucleons-blocked quasiparticle random-phase approximation (QRPA) calculations, the microscopic mechanism of PDR in ⁸⁰Ge is discussed.
La désintégration β, processus précisément décrit au niveau le plus élémentaire (quarks), devient une sonde riche et complexe lorsqu'elle est impliquée dans le milieu multi-nucléons en forte interaction qu'est le noyau atomique. Dans ce système corrélé, la transformation d'un neutron en proton (ou inversement) décrite par les opérateurs de Fermi et Gamow-Teller donne lieu à des états collectifs impliquant de manière cohérente une grande partie des nucléons sous la forme d'une résonance géante. Proches de la stabilité, pour les noyaux riches en neutrons, ces résonances géantes se situent bien au-dessus de la fenêtre d'énergie accessible dans la désintégration β (Qᵦ), et cette désintégration doit passer par les composantes de queue de ces résonances en compétition avec les premières transitions interdites. Cependant, l'avènement d'une nouvelle génération d'installations de faisceaux d'ions radioactifs permettant des études de désintégration β de noyaux avec des fenêtres Qᵦ toujours plus grandes, au-delà de 10 MeV, change désormais cette perspective. Par exemple, la désintégration β de noyaux exotiques peut fournir une méthode nouvelle et unique pour étudier le mouvement collectif plus sensible à la peau des neutrons, la résonance dipolaire pygmée (PDR) et également une opportunité pour une compréhension plus approfondie des phénomènes exotiques impliqués dans la désintégration β nucléaire à travers mesure précise de la distribution de force de transition Gamow-Teller, B(GT). L'objectif de cette thèse est d'améliorer la compréhension de la structure dans la région du seuil neutron (Sn) des noyaux exotiques etl'influence de cette structure sur la force Gamow-Teller B(GT) en étudiant une source mixte ⁸⁰ᵍ⁺ᵐGa collectée sur la station de désintégration BEDO de l'installation de type Isotope Separation On Line (ISOL) ALTO à Orsay. Les états émetteurs β ⁸⁰ᵍGa et ⁸⁰ᵐGa ayant pour couple spin-parité 6⁻ et 3⁻ respectivement, cette source a l'avantage de pouvoir peupler une plage de spins inhabituellement étendue dans les états excités du noyau fils ⁸⁰Ge. L'objectif de ce travail couvre donc trois aspects : étudier le PDR dans le ⁸⁰Ge, démêler les schémas de niveaux de décroissance alimentés par les deux états émetteurs β du ⁸⁰Ga et parvenir à une détermination précise du B(GT) associé dans toute la fenêtre Qᵦ. Pour atteindre cet objectif, un spectromètre gamma hybride composé de phoswiches PARIS NaI/LaBr₃ associés à des détecteurs Ge haute résolution a été utilisé. Une analyse détaillée est présentée dans ce manuscrit, les résultats suggèrent une manifestation de la PDR dans ⁸⁰Ge. Des schémas de niveaux de décroissance séparés et des distributions B(GT) de ⁸⁰ᵍ⁺ᵐGa sont proposés pour la première fois. De plus, par comparaison avec des calculs de type quasiparticle random phase approximation (QRPA) avec blocage, le mécanisme microscopique de la PDR dans ⁸⁰Ge est discuté.
Domaines
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