P. Capel, G. Goldstein et D. Baye Le Noyau atomique Les Noyaux `a

De l’Exotisme dans les noyaux!
P. Capel, G. Goldstein et D. Baye
Services de Physique Quantique, Facult´e des Sciences Appliqu´ees,
& Physique Nucl´eaire Th´eorique et Physique Math´ematique, Facult´e des Sciences,
Universit´e Libre de Bruxelles (U.L.B.)
Le Noyau atomique
6
?
>10−10 m
6
?
∼10−10 m
6
?
∼10−15 m
•La mati`ere qui nous entoure est un assemblage de mol´ecules dont les briques
´el´ementaires sont les atomes. Ces atomes sont constitu´es d’un noyau entour´e d’un
nuage ´electronique, qui permet les liaisons chimiques.
•Le noyau, tr`es massif et compact, est compos´e de Anucl´eons: Zprotons et Nneutrons.
Sa stabilit´e est assur´ee par l’´equilibre entre la force coulombienne (r´epulsive) entre les
protons et l’interaction nucl´eaire forte (attractive) entre tous les nucl´eons.
•La physique nucl´eaire a pour but l’´etude de la structure du noyau.
Les Noyaux `a halo
•La plupart des noyaux sont compacts et peuvent ˆetre vus comme une sph`ere de
volume proportionnel au nombre de nucl´eons. Pour certains noyaux, ce mod`ele n’est
pas valable. Ces noyaux faiblement li´es pr´esentent un rayon plus grand que leurs voisins.
•Cette particularit´e s’explique par une structure `a halo: le noyau est vu comme un
cœur autour duquel gravitent un ou deux nucl´eons faiblement li´es. Par effet tunnel, ces
nucl´eons se trouvent `a grande distance des autres et forment un halo autour du cœur.
•Ces noyaux exotiques constituent un test rigoureux pour les mod`eles nucl´eaires et sont
´etudi´es intensivement.
Noyau stable
Noyau riche en neutrons
Noyau riche en protons
Noyau halo d’un neutron
Noyau halo de deux neutrons
Noyau halo d’un proton
-
N
6
Z
n
1H2H3H
3He 4He 6He 8He
6Li 7Li 8Li 9Li 11Li
7Be 9Be 10Be 11Be 12Be 14Be
8B10B11B12B13B14B15B17B19B
9C10C11C12C13C14C15C16C17C18C19C20C22C
12N13N14N15N16N17N18N19N20N21N22N23N
13O14O15O16O17O18O19O20O21O22O23O24O
Mod`ele de r´eactions d´ependant du temps
•Les noyaux `a halo ´etant fortement instables, il est n´ecessaire de recourir `a des techniques d’investigation indirectes, comme
l’´etude de collisions. L’analyse des mesures n´ecessite un mod`ele pr´ecis de r´eaction coupl´e `a une description r´ealiste du noyau.
•Nous proposons un mod`ele bas´e sur l’approximation semi-classique, dans laquelle le mouvement relatif entre la cible (T) et le
projectile (P) est d´ecrit par une trajectoire classique.
•Le projectile (noyau `a halo) est vu comme un syst`eme `a deux corps:cœur (c) + halo (h). Il est d´ecrit quantiquement par H0.
•Ce projectile est soumis `a un potentiel d´ependant du temps V(t) = VcT (RcT (t)) + VhT (RhT (t)) d´ecrivant son interaction avec
la cible au cours de son mouvement.
•Cette approximation m`ene `a la r´esolution d’une ´equation de Schr¨odinger d´ependant du temps:
i¯h∂
∂tΨ(r, t) = [H0+V(t)] Ψ(r, t) = "−¯h2 2µ∆ + Vch(r) + V(t)#Ψ(r, t),
o`u Ψ est la fonction d’onde d´ecrivant la structure du projectile, et Vch est le potentiel mod´elisant l’interaction cœur-halo.
•Cette ´equation est r´esolue num´eriquement en d´eveloppant la fonction d’onde Ψ sur un r´eseau sph´erique `a trois dimensions.
T
c
h
P
b
R(t)
r
RcT (t)
RhT (t)
Le noyau `a halo (P) est vu comme une structure `a deux corps:
un cœur (c) + un halo (h). Dans son r´ef´erentiel, la cible (T) suit
une trajectoire classique R(t).
Dissociation coulombienne :
8B + 208Pb →7Be + p + 208Pb `a 350 MeV
Pert.
E1
Coul.
Coul.+N.
pk(MeV/c)
dσbu/dpk(mb/(MeV/c))
2100205020001950
5
4
3
2
1
0
•R´eaction inverse de 7Be(p,γ)8B d’int´erˆet astrophysique.
•Bon accord avec l’exp´erience ⇒valide le mod`ele `a deux corps.
•R´eaction domin´ee par l’interaction coulombienne: interaction nucl´eaire n´egligeable.
•L’interaction coulombienne ne peut ˆetre r´eduite `a son terme dipolaire E1.
•Effets dynamiques significatifs: calcul perturbatif moins bon.
Dissociation nucl´eaire :
11Be + 12C→10Be + n + 12C `a 740 MeV
Exp.
Convolu´ee
Coul.
d5/2
Coul.+N.
E(MeV)
dσbu/dE (b/MeV)
2.521.510.50
0.07
0.06
0.05
0.04
0.03
0.02
0.01
0
•Bon accord avec l’exp´erience ⇒valide le mod`ele a deux corps.
•R´eaction domin´ee par l’interaction nucl´eaire.
•La pr´esence du pic (th´eorie et exp´erience) r´ev`ele une structure r´esonnante.
Physique Quantique
Conclusion
•Notre mod`ele permet l’´etude de r´eactions de dissociation de noyaux `a halo de un nucl´eon.
•Il permet d’analyser la structure du projectile ainsi que le mecanisme de r´eaction.
•Perspectives: am´eliorer la description du projectile et ´etudier les noyaux `a halo de deux nucl´eons.
P
N
TP
M