Flore Skaza

1
Réactions directes induites par faisceaux
exotiques étude de l8He et développement
futur à FAIR

• Flore Skaza

08/03/06
2
Paysage nucléaire
Réactions directes Diffusion élastique de- et
de hadrons (p,n) ?rms, ?p et ?n Diffusion
inélastique et réactions de transfert ?spectroscop
ie, 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)
3
6He J.S. Al-Khalili and J.A. Tostevin and I.J.
Thompson PRC 54 (1996) 1843 8He M.V. Zhukov,
A.A. Korsheninnikov, and M.H. Smedberg, PRC 50
(1994) R1
4
Un outil pour tester les densités de matière la
diffusion élastique et inélastique
Calcul potentiel microscopique incluant une
densité issue du modèle en couches sans coeur
MUST
Diffusion élastique sensible au rayon de
matière de la densité
Diffusion inélastique sensible à la forme de
la densité
A. Lagoyannis et al., Physics Letters B 518
(2001) 27-33
5
8He(p,p) _at_ 72 MeV/nucléon
A.A. Korsheninnikov et al., PLB 316 (1993) 38
3.57 0.12 MeV G 0.5 0.35 MeV
2
?

• Couverture angulaire insuffisante
• Faible statistique

Impossibilité de mener une analyse microscopique
6
Dispositif expérimental à GANIL
Chambre à réaction
X, Y, T, E
MUST
Faisceau SPIRAL 8He _at_ 15.6 MeV/n 14000 pps
Cible (CH2)n 8.25 mg/cm2
E, T
p
Faraday
Mur de Plastiques
2 m
8He, 6He, 4He
CATS1
CATS2
X, Y, T
E, T
CATS S. Ottini et al., NIM A 431 (1999) 476
MUST Y. Blumenfeld et al., NIM A 421 (1999) 421
7
MUST
CATS2
8He
Faraday
Cible
8
Cinématiques
9
Spectres en énergie dexcitation8,7,6He
7He
930 keV
0
8He
0
6He
820 keV
2
10
Spectroscopie des 8,7,6He
7He
Etat Position (MeV) G (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
8Hep?t5Hen
carbone
6He
2 3.62 0.14 MeV G 0.3 0.2 MeV ?
5.4 0.5 MeV G 0.3 0.5 MeV
0 -0.02 0.09 MeV 2 1.8 0.1 MeV G
0.3 0.2 MeV (1.797(25))
(0.113 (20))
11
Distributions angulaires8He(p,p)8He et
8He(p,p)8He3.6MeV 8He(p,d)7He 8He(p,t)6He et
8He(p,t)6He1.8MeV
12
TESTER LA STRUCTURE DE L 8He
Formalisme (p,d) N. Keeley et al. PRC 69 (2004)
Continuum du d
8He2
p
d
7He
Couplage avec le transfert (p,d)
Modèle optique Potentiel microscopique U(?,E)ViW
8He
p
Potentiel microscopique
Potentiel phénoménologique
13
Analyse de la diffusion élastique 8He(p,p) avec
le modèle optique
15.6 A.MeV
72 A.MeV
?v ?w
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 linfluence du transfert
14
Comprendre les couplages avec le transfert
8He(p,d)7He
Données A.A. Korsheninnikov et al., PRL 82
(1999) 3581
8He/7He C²S 4.4 1.3
Fermeture de couche p3/2
Et alors lélastique ?
F. Skaza et al. accepté par PRC
15
Couplage élastique 8He(p,p) transfert 8He(p,d)7He
Potentiel en voie de sortie
Les couplages sont sous contrôle, voyons avec le
(p,p)
F. Skaza et al. PLB 619 (2005) 82
16
Couplage 8He(p,d), 8He(p,p) et 8He(p,p)8He2
et le (p,p)
17
Couplage 8He(p,d)7He, 8He(p,p) et 8He(p,p)8He2
Les densités de transitions du NCSM ne
reproduisent pas les données
18
TESTER LA STRUCTURE DE L 8He
Continuum du d
d
7He
6He2
t
8He
p
6He
t
19
C2S0.05
C2S1.0
Préliminaire
N. Keeley
20
Conclusions
Transfert de 2 neutrons Distributions
angulaires 8He(p,t)6He, 8He(p,t)6He2 Analyse
complexe qui nécessite de prendre en compte les
processus en une (2 nucléons transférés) et deux
étapes (passage par 7He non lié résonant) Tous
les éléments pour mener à bien lanalyse 8He(p,t)
6He C2S 1.0 8He(p,t)6He2 C2S 0.05
Test des densités microscopiques Nécessaire de
prendre en compte les couplages 8He(p,d)7He C2S
4.41.3 fermeture de couche p3/2 8He(p,p)8He2
très faiblement excité
_at_ 15.6 MeV/n
8He(p,p) 2 états excités
Transfert de 1 neutron Spectroscopie de l7He
indication dun état 1/2- à basse énergie
21
Perspectives
Mesurer lors dune même prise de données toutes
les voies de réactions Diffusion élastique et
inélastique Réactions de transfert
MUST
MUST2, TIARA Augmentation de la couverture
angulaire Compacité Couplage avec détecteur g
(EXOGAM)
MUST2
Génération actuelle et future de faisceaux
radioactifs SPIRAL REX ISOLDE SPIRAL2,
FAIR(NUSTAR) EURISOL
22
FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research)
GSI
Faisceaux primaires Intensité 1-3 1012 ions/s
pour tous les éléments (Z92) avec des énergies
jusquà 2200 MeV/u (A/Q2)
NUSTAR
23
NUSTAR (Nuclear Structure, Astrophysics and
Reactions Collaboration)
HISPEC DESPEC MATS LASPEC NCAP Exopbar
EXL
ILIMA EXL ELISe pbarA PIONIC
(New Experimental Storage Ring)

• Anneau de stockage
• Augmente lintensité du faisceau
• ?cible mince gazeuse
• ? Bonne résolution
• Limité aux noyaux avec T1/2 gt 500 ms

R3B
24
EXL (EXotic nuclei studied in Light-ion induced
reactions at the New Experimental Storage Ring)
Diffusion élastique et inélastique Réactions
déchange de charge (Réactions de
transfert) Diffusion quasi-libre
Energie du faisceau de 740 MeV/n (à quelques
dizaines de MeV/n)
Sur cible légère p, d, 3,4He
Complémentarité avec ELISe (Electron-Ion
scattering in a Storage Ring) Collisionneur
électrons-ions Diffusion élastique, inélastique
et quasi-libre délectrons sur ions
25
EXL autour de la cible
ESPA (EXL Silicon Particle Array)
EGPA (EXL Gamma and Particle Array)

• Mesurer des ? de 0 à 4 MeV dans le cdm
• Boost de Lorentz jusquà ß0.82
• Soit des ? de 0 à 20 MeV dans le laboratoire
• Mesurer des protons de haute énergie qui
  traversent ESPA (Epgt300MeV)

RD commune avec R3B Scintillateur APD,PM FEE
(Front End Electronique) acquisition Mais
design différent Base commune pour simulation
IPN engagé dans la RD du calorimètre jusquà fin
2007
J-A Scarpaci coordinateur du calorimètre
26
Effet Doppler Quelle résolution?
E?1,2,3,,10 MeV
?? () R 60 cm
1 1.04 cm
2 2.09 cm
3 3.14 cm
4 4.20 cm
5 5.25 cm

E?1 MeV E?2 MeV E?3 MeV E?4 MeV E?10
MeV
22 cm2 à 60cm ? 9900 cristaux
Avalanche photodiodes in scintillation
detection, M. Moszynski et al. NIM A 497 (2003)
226
27
Petite simulation
Détection 4p Particule chargée recul Seuil
0.1 MeV ?E 50 keV ?? 0.086 ?f
0.086 R 33 cm Gamma Seuil 50 keV ?E/E
5 /vE ?? 2 ?f 2 R 60 cm
E? ??
?lab
Elab
Straggling en énergie et angulaire dans la cible
négligeable Détection du projectile non prise en
compte Faisceau parfait ( centré en (0,0,0) et
//Oz) Taille de la cible non prise en compte
28
Petite simulation
132Sn(p,p) _at_ 740 A.MeV
Point dinteraction (x,y,z) avec -0.5 lt x,y,z lt
0.5 mm
Point dinteraction(0,0,0)
Energie dexcitation du 132Sn reconstruite avec
le proton et le ?
310 keV
30 keV à 160 keV
670 keV
30 keV à 160 keV
Calorimètre indispensable
29
Simulation Geant4

• Simulation de la réponse dun ensemble de
  cristaux de CsI (Geant4Root)

Efficacité de reconstruction énergie et position
Thomas Zerguerras
30
Collection de la lumière

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

• 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 2222,44,66200 mmmmmm couplés
à APD,PM
Validation simulation et régler LITRANI
Bernard Genolini
31
CAO pour le calorimètre de R3B
Mur
End Cap
Sphérique
Grande perte géométrique 11,7
Perte géométrique pour EndCap 2.1
Jean Peyré
32
CAO pour le calorimètre dEXL
Détection à lavant 14189 cristaux de CSi(Tl)

• 1 cristal 1919200 mm3
• Tous les cristaux identiques
• Perte géométrique4,5

Philippe Rosier
33
32 crystals
Jean Peyré
34
Conclusions
CAO Mécanique
Simulation Géométrieinteraction rayonnement
matière (Geant4Root) LITRANI ?valider le design
du futur calorimètre
Tests en cours Différentes tailles APD/PM Compa
raison avec LITRANI ?validation simulation
RD utile pour SPIRAL2
35
Collaborations
E405S F. 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. Pakou Univ.
IOANNINA, Grèce S.V Stepantsov, R.
Wolski JINR-FLNR DUBNA, Russie
EXL 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