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, Faculté des Sciences Appliquées,
& Physique Nucléaire Théorique et Physique Mathématique, Faculté des Sciences,
Université Libre de Bruxelles (U.L.B.)
Les Noyaux à halo
Le Noyau atomique
6
6
> 10−10 m
∼ 10−10 m
?
• La plupart des noyaux sont compacts et peuvent être vus comme une sphère de
volume proportionnel au nombre de nucléons. Pour certains noyaux, ce modèle n’est
pas valable. Ces noyaux faiblement liés présentent un rayon plus grand que leurs voisins.
6
?
∼ 10−15 m
?
• La matière qui nous entoure est un assemblage de molécules dont les briques
élémentaires sont les atomes. Ces atomes sont constitués d’un noyau entouré d’un
nuage électronique, qui permet les liaisons chimiques.
• Le noyau, très massif et compact, est composé de A nucléons: Z protons et N neutrons.
Sa stabilité est assurée par l’équilibre entre la force coulombienne (répulsive) entre les
protons et l’interaction nucléaire forte (attractive) entre tous les nucléons.
• Cette particularité s’explique par une structure à halo: le noyau est vu comme un
cœur autour duquel gravitent un ou deux nucléons faiblement liés. Par effet tunnel, ces
nucléons se trouvent à grande distance des autres et forment un halo autour du cœur.
• Ces noyaux exotiques constituent un test rigoureux pour les modèles nucléaires et sont
étudiés intensivement.
13 O 14 O 15 O 16 O 17 O 18 O 19 O 20 O 21 O 22 O 23 O 24 O
12 N 13 N 14 N 15 N 16 N 17 N 18 N 19 N 20 N 21 N 22 N 23 N
9C
6
Z
• La physique nucléaire a pour but l’étude de la structure du noyau.
8B
10 B 11 B 12 B 13 B 14 B 15 B
7 Be
9 Be 10 Be 11 Be 12 Be
6 Li
3 He 4 He
1H
2H
10 C 11 C 12 C 13 C 14 C 15 C 16 C 17 C 18 C 19 C 20 C
7 Li
8 Li
9 Li
6 He
17 B
19 B
14 Be
11 Li
Noyau
Noyau
Noyau
Noyau
Noyau
Noyau
8 He
3H
N
-
n
22 C
stable
riche en neutrons
riche en protons
halo d’un neutron
halo de deux neutrons
halo d’un proton
Modèle de réactions dépendant du temps
• Les noyaux à halo étant fortement instables, il est nécessaire de recourir à des techniques d’investigation indirectes, comme
l’étude de collisions. L’analyse des mesures nécessite un modèle précis de réaction couplé à une description réaliste du noyau.
• Nous proposons un modèle basé sur l’approximation semi-classique, dans laquelle le mouvement relatif entre la cible (T ) et le
projectile (P ) est décrit par une trajectoire classique.
T
RhT (t)
• Le projectile (noyau à halo) est vu comme un système à deux corps: cœur (c) + halo (h). Il est décrit quantiquement par H 0.
• Ce projectile est soumis à un potentiel dépendant du temps V (t) = V cT (RcT (t)) + VhT (RhT (t)) décrivant son interaction avec
la cible au cours de son mouvement.
Dissociation nucléaire :
Dissociation coulombienne :
11
B + 208Pb → 7Be + p + 208Pb à 350 MeV
Be + 12C → 10Be + n + 12C à 740 MeV
5
0.07
Coul.+N.
Coul.
E1
Pert.
Coul.+N.
d5/2
Coul.
Convoluée
Exp.
0.06
dσbu /dE (b/MeV)
dσbu /dpk (mb/(MeV/c))
P
Le noyau à halo (P ) est vu comme une structure à deux corps:
un cœur (c) + un halo (h). Dans son référentiel, la cible (T ) suit
une trajectoire classique R(t).
• Cette équation est résolue numériquement en développant la fonction d’onde Ψ sur un réseau sphérique à trois dimensions.
3
2
0.05
0.04
0.03
0.02
0.01
1
0
0
1950
r
c
où Ψ est la fonction d’onde décrivant la structure du projectile, et V ch est le potentiel modélisant l’interaction cœur-halo.
4
h
RcT (t)
• Cette approximation mène à la résolution d’une équation de Schrödinger dépendant du temps:
"
#
h̄2
∂
ih̄ Ψ(r, t) = [H0 + V (t)] Ψ(r, t) = − ∆ + Vch(r) + V (t) Ψ(r, t),
∂t
2µ
8
b
R(t)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
E (MeV)
2000
2050
pk (MeV/c)
2100
• Bon accord avec l’expérience ⇒ valide le modèle a deux corps.
• Réaction inverse de 7Be(p,γ)8B d’intérêt astrophysique.
• Réaction dominée par l’interaction nucléaire.
• Bon accord avec l’expérience ⇒ valide le modèle à deux corps.
• La présence du pic (théorie et expérience) révèle une structure résonnante.
• Réaction dominée par l’interaction coulombienne: interaction nucléaire négligeable.
• L’interaction coulombienne ne peut être réduite à son terme dipolaire E1.
• Effets dynamiques significatifs: calcul perturbatif moins bon.
T
Conclusion
• Notre modèle permet l’étude de réactions de dissociation de noyaux à halo de un nucléon.
• Il permet d’analyser la structure du projectile ainsi que le mecanisme de réaction.
Physique Quantique
• Perspectives: améliorer la description du projectile et étudier les noyaux à halo de deux nucléons.
N
P
P
M