Flore Skaza

Réactions directes induites par Réactions directes induites par faisceaux exotiques: faisceaux exotiques:

étude de l’étude de l’88He He et et

développement futur à FAIRdéveloppement futur à FAIR

08/03/06

Paysage nucléairePaysage nucléaire

Réactions directes

Diffusion élastique d’e- et de hadrons (p,n)rms, ρp et ρn

Diffusion inélastique et réactions de transfertspectroscopie, énergie des états, spin et parité, facteurs spectroscopiques

Diffusion élastique et inélastique 8He(p,p’)

EXL (EXotic nuclei studied in Light-ion induced reactions at the New Experimental Storage Ring)

6He : J.S. Al-Khalili and J.A. Tostevin and I.J. Thompson PRC 54 (1996) 18438He : M.V. Zhukov, A.A. Korsheninnikov, and M.H. Smedberg, PRC 50 (1994) R1

8HeCOSMA

Modèle à 5 corps

6HeModèle à 3 corps

Rayon de matière (rms) = 2.5 fm

A. Lagoyannis et al., Physics Letters B 518 (2001) 27-33

Calcul:potentiel

microscopique incluant une densité issue du modèle en couches sans coeur

Diffusion élastique:sensible au rayon de matière de la

densité

Diffusion inélastique : sensible à la

forme de la densité

6He(p,p)

6He(p,p’)

6He(p,p’) @40.9 A.MeV

Un outil pour tester les densités de matière:Un outil pour tester les densités de matière: la diffusion élastique et inélastique la diffusion élastique et inélastique

MUST

88He(p,p’) @ 72 He(p,p’) @ 72 MeV/nucléonMeV/nucléon

Counts

E* 8He (MeV)-2. 2. 4. 6. 8. 10.

Couverture angulaire Couverture angulaire insuffisanteinsuffisante

Faible statistiqueFaible statistique

A.A. Korsheninnikov et al., PLB 316 (1993) 38

3.57 ± 0.12 MeVΓ = 0.5 ± 0.35 MeV

22++

??

Impossibilité de mener une analyse microscopiqueImpossibilité de mener une analyse microscopique

Dispositif expérimental à Dispositif expérimental à GANILGANIL

Faisceau SPIRAL 8He@ 15.6 MeV/n

14000 pps

Chambre à réaction

Mur de Plastiques

CATS1 CATS28He, 6He, 4He

Cible(CH2)n

8.25 mg/cm2

X, Y, T

p

MUST

X, Y, T, E

E, T

E, T

Faraday

CATS: S. Ottini et al., NIM A 431 (1999) 476

2 m

MUST: Y. Blumenfeld et al., NIM A 421 (1999) 421

CATS2

Cible

MUST

Faraday 8He

8Hep

Θlab

Ep

p

50°

±20° CinématiquCinématiqueses

8Hep

Θlab

Ep

p

50°

±20° Spectres en Spectres en énergie énergie

d’excitationd’excitation8,7,68,7,6HeHe

0+

820 keV

8He

7He

930 keV

6He0+

2+

E*8He (MeV)

3.62 MeV

5.4 MeV

1.3 MeV LMH

1.2 MeV LMH

8He

Spectroscopie des Spectroscopie des 8,7,68,7,6HeHe

2+ 3.62 ± 0.14 MeV Γ = 0.3 ± 0.2 MeV? 5.4 ± 0.5 MeV Γ = 0.3 ± 0.5 MeV

8He+p → d+6He+ncarbone

Etat Position (MeV)

Γ (MeV)

3/2- -0.08 ± 0.05 0.17 ± 0.05

(1/2-) 0.9 ± 0.5 1.0 ± 0.9

(5/2-) 2.9 ± 0.1

carbone

8He+pt+5He+n

0+ -0.02 ± 0.09 MeV 2+ 1.8 ± 0.1 MeV Γ = 0.3 ± 0.2 MeV (1.797(25)) (0.113 (20))

7He

6He

Distributions angulairesDistributions angulaires88He(p,p)He(p,p)88He et He et

88He(p,p’)He(p,p’)88He*He*3.6MeV3.6MeV

88He(p,d)He(p,d)77HeHe 88He(p,t)He(p,t)66He et He et 88He(p,t)He(p,t)66He*He*1.8MeV1.8MeV

88HeHe p

77HeHe d

88HeHe2+2+

TESTER LA STRUCTURE DE L’ TESTER LA STRUCTURE DE L’ 88HeHe

p

Couplage avec le transfert (p,d)Couplage avec le transfert (p,d)

Continuum du dContinuum du d

Formalisme (p,d) N. Keeley et al. Formalisme (p,d) N. Keeley et al. PRC 69 (2004)PRC 69 (2004)

Potentiel microscopique Potentiel phénoménologique

Modèle optiquePotentiel microscopique

U(ρ,E)=V+iW

λv λw

COSMA 1.04 1.16

SAGAWA 1.13 1.07

Navrátil 1.11 1.06

V. Lapoux et al., PLB 517 (2001) 18,NPA 722 (2003) 49c

regarder l’influence du transfert…regarder l’influence du transfert…

Analyse de la diffusion élastique Analyse de la diffusion élastique 88He(p,p) He(p,p) avec le modèle optiqueavec le modèle optique

72 A.MeV

15.6 A.MeV

88He/He/77He C²S = 4.4 He C²S = 4.4 ± ± 1.31.3

Comprendre les couplages Comprendre les couplages avec le transfert avec le transfert 88He(p,d)He(p,d)77HeHe

Et alors l’élastique ?Et alors l’élastique ?

Données : A.A. Korsheninnikov et al., PRL 82 (1999) 3581

Fermeture de couche p3/2Fermeture de couche p3/2

F. Skaza et al. accepté par PRC

Couplage élastique Couplage élastique 88He(p,p) He(p,p) transfert transfert

88He(p,d)He(p,d)77HeHe

Les couplages sont sous Les couplages sont sous contrôle, voyons avec le contrôle, voyons avec le (p,p’)(p,p’)

Potentiel en voie de sortie

F. Skaza et al. PLB 619 (2005) 82

CouplageCouplage

88He(p,d), He(p,d), 88He(p,p)He(p,p)

etet 88He(p,p’)He(p,p’)88HeHe**2+2+

et le (p,p’) …et le (p,p’) …

CouplageCouplage

88He(p,d)He(p,d)77He, He, 88He(p,p)He(p,p)

et et 88He(p,p’)He(p,p’)88HeHe**2+2+

Les densités de transitions du NCSM ne reproduisent pas les Les densités de transitions du NCSM ne reproduisent pas les donnéesdonnées

88HeHe p

77HeHe d

TESTER LA STRUCTURE DE L’ TESTER LA STRUCTURE DE L’ 88HeHe

Continuum du dContinuum du d

66HeHe

66HeHe2+2+

t

t

PréliminairePréliminaireN. Keeley

C2S=0.05

C2S=1.0

Conclusions@ 15.6 MeV/n

88He(p,p’)He(p,p’)2 états 2 états excitésexcités

Transfert de 1 neutronTransfert de 1 neutron Spectroscopie de l’Spectroscopie de l’77He: He: indication d’un état 1/2indication d’un état 1/2-- à à basse énergiebasse énergie

Test des densités Test des densités microscopiquesmicroscopiques

Nécessaire de prendre Nécessaire de prendre en compte les en compte les couplagescouplages88He(p,d)He(p,d)77HeHe CC22S = S = 4.44.4±±1.3 fermeture de 1.3 fermeture de couche p3/2couche p3/2

88He(p,p’)He(p,p’)88He*He*2+2+ très très faiblement excitéfaiblement excité

Transfert de 2 neutronsTransfert de 2 neutrons

Distributions Distributions angulairesangulaires88He(p,t)He(p,t)66He, He, 88He(p,t)He(p,t)66He*2+He*2+

Analyse complexe qui Analyse complexe qui nécessite de prendre nécessite de prendre en compte les en compte les processus en une processus en une (2 (2 nucléons transférés)nucléons transférés) et et deux étapesdeux étapes (passage (passage par par 77He non lié He non lié résonant)résonant)

Tous les éléments pour Tous les éléments pour mener à bien l’analysemener à bien l’analyse

88He(p,t)He(p,t)66He CHe C22S = 1.0S = 1.088He(p,t)He(p,t)66He*He*2+ 2+ CC22S = 0.05S = 0.05

Perspectives

MUST2

MUST

Mesurer lors d’une même prise Mesurer lors d’une même prise de données toutes les voies de de données toutes les voies de

réactions:réactions:Diffusion élastique et Diffusion élastique et

inélastiqueinélastiqueRéactions de transfertRéactions de transfert

MUST2, TIARAAugmentation de la couverture angulaireCompacité

Couplage avec détecteur (EXOGAM)

Génération actuelle et future de faisceaux radioactifsSPIRAL REX ISOLDESPIRAL2, FAIR(NUSTAR) … EURISOL

FAIR FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research)(Facility for Antiproton and Ion Research)

GSI

Faisceaux primaires:Intensité: 1-3 1012 ions/s pour tous les éléments (Z≤92)avec des énergies jusqu’à 2200 MeV/u (A/Q=2)

NUSTAR

NUSTAR NUSTAR (Nuclear Structure, Astrophysics and Reactions (Nuclear Structure, Astrophysics and Reactions

Collaboration)Collaboration)

EXL

(New Experimental Storage Ring)

R3B

HISPECDESPECMATSLASPECNCAPExo+pbar ILIMA

EXLELISepbarAPIONIC

Anneau de stockage

Augmente l’intensité du faisceaucible mince gazeuse

Bonne résolution

Limité aux noyaux avec T1/2 > 500 ms

EXL EXL (EXotic nuclei studied in Light-ion induced reactions (EXotic nuclei studied in Light-ion induced reactions

at the New Experimental Storage Ring)at the New Experimental Storage Ring)

Diffusion élastique et inélastiqueRéactions d’échange de charge(Réactions de transfert)Diffusion quasi-libre

Sur cible légère: p, d, 3,4He

Energie du faisceau de 740 MeV/n(à quelques dizaines de MeV/n)

Complémentarité avec ELISe (Electron-Ion scattering in a Storage Ring)Collisionneur électrons-ionsDiffusion élastique, inélastique et quasi-libre d’électrons sur ions

EXL: autour de la EXL: autour de la ciblecible

IPN engagé dans la R&D du calorimètre jusqu’à fin 2007

J-A Scarpaci = coordinateur du calorimètre

ESPA (EXL Silicon Particle Array)

EGPA (EXL Gamma and Particle Array)

R&D commune avec R3B:ScintillateurAPD,PMFEE (Front End Electronique)acquisition

Mais design différent

Base commune pour simulation

•Mesurer des γ de 0 à 4 MeV dans le cdmBoost de Lorentz jusqu’à β=0.82Soit des γ de 0 à 20 MeV dans le laboratoire•Mesurer des protons de haute énergie qui traversent ESPA (Ep>300MeV)

∆θ (°) R = 60 cm

1 1.04 cm

2 2.09 cm

3 3.14 cm

4 4.20 cm

5 5.25 cm

* Avalanche photodiodes in scintillation detection,M. Moszynski et al. NIM A 497 (2003) 226

Eγ °=1,2,3,…,10 MeV*

2*2 cm2 à 60cm 9900 cristaux

Eγ°=1 MeV

Eγ°=2 MeV

Eγ°=3 MeV

Eγ°=4 MeV

…Eγ

°=10 MeV

Effet Doppler : Quelle résolution? )cos1( labEE

Petite simulationPetite simulation

θlab

Elab

Eγ θγ

Détection 4π

Particule chargée : reculSeuil = 0.1 MeV∆E = 50 keV∆θ = 0.086°∆φ = 0.086°R = 33 cm

GammaSeuil = 50 keV∆E/E = 5 % /√E ∆θ = 2°∆φ = 2°R = 60 cm

Straggling en énergie et angulaire dans la cible négligeable Détection du projectile non prise en compteFaisceau parfait ( centré en (0,0,0) et //Oz)Taille de la cible non prise en compte

Petite simulationPetite simulation

310 keV

30 keV à 160 keV

0.51.

1.52.

4.5

132Sn

132Sn(p,p’) @ 740 A.MeV

670 keV30 keV à 160 keV

Energie d’excitation du 132Sn reconstruite avec le protonproton et le γγ

θlab

Elab

Eγ θγ

Calorimètre indispensableCalorimètre indispensable

Point d’interaction (x,y,z) avec -0.5 < x,y,z < 0.5 mmPoint d’interaction(0,0,0)

Simulation de la réponse d’un ensemble de cristaux de CsI (Geant4+Root)

Simulation Geant4Simulation Geant4

Efficacité de reconstruction énergie et position

Thomas Zerguerras

Simulations de la collection de lumière (LITRANI: LIght TRansmission in ANIsotropic media)

Collection de la lumièreCollection de la lumière

Bernard Genolini

• Programme Monte-Carlo pour la simulation de la propagation des photons optiques

• Développé au CEA, Saclay pour GLAST et le calorimètre de CMS • Librairies pour différents

– Scintillateurs: PbWO4, CsI(Tl)– Wrapping: Tyvek, VM2000– PMT (XP2020), APD– Etat de surface

• Input = fichier ROOT fournit à partir du programme de simulation GEANT4

Test de cristaux (CsI)de taille différente

22*22,44,66*200 mm*mm*mmcouplés à

APD,PM

Validation simulation et régler LITRANI

Jean Peyré

CAO pour le calorimètre de RCAO pour le calorimètre de R33BB

Grande perte géométrique 11,7%Perte géométrique pour EndCap: 2.1%

End Cap

Sphérique

Mur

Détection à l’avant:14189 cristaux de CSi(Tl)

•1 cristal: 19*19*200 mm3

•Tous les cristaux identiques•Perte géométrique:4,5%

Philippe Rosier

CAO pour le calorimètre d’EXLCAO pour le calorimètre d’EXL

Jean Peyré

32 crystals

ConclusionsConclusions

SimulationSimulationGéométrie+interaction rayonnement matière (Geant4+Root)LITRANIvalider le design du valider le design du futur calorimètrefutur calorimètre

CAOCAOMécaniqueMécanique

TestsTests en coursDifférentes taillesAPD/PMComparaison avec LITRANI

validation simulation

R&D utile pour SPIRAL2R&D utile pour SPIRAL2

Collaborations

EXLEXL

F. Azaiez, D. Beaumel, Y. Blumenfeld,

B. Genolini, E. Khan, J. Pouthas, J. Peyré,

J.-A. Scarpaci, F. Skaza, T. Zerguerras

IPN Orsay, France

31 laboratoires de 15 pays

E405SE405SF. Skaza, N. Alamanos, F. Auger,

A. Drouart, A. Gillibert, N. Keeley, V. Lapoux, L. Nalpas,

A. Obertelli, E.C. Pollacco,R. Raabe, J.-L. Sida

CEA-Saclay DAPNIA/SPhN, France

D. Beaumel, E. Becheva, Y. Blumenfeld,

F. Delaunay, J-A. Scarpaci

IPN Orsay, France

L. Giot, P. Roussel-Chomaz GANIL, France

A. PakouUniv. IOANNINA, Grèce

S.V Stepantsov, R. WolskiJINR-FLNR DUBNA, Russie