verso nuovi modi di decadimento

Presentazione sul tema: "verso nuovi modi di decadimento"— Transcript della presentazione:

1 verso nuovi modi di decadimento
modi di decadimento « classici » beta meno, beta più emissione alfa, fissione alla proton drip-line: l’interazione nucleare forte non è in grado di legare gli ultimi nucleoni g tenuti all’interno dalla barriera Coulombiana  radioattività 1-proton 1981: scoperta al GSI (Hoffmann et al.) ~30 emettitori noti, Z = da 53 a 83  radioattività 2-proton dovuto alla pairing previsto negli anni 60 (Goldansky) l’instabilité d’un noyau se manifeste par sa désintégration radioactive. la carte des noyaux en fond d’écran représente les modes de décroissance dits « classiques » par un code de couleurs devenu presque conventionnel. lorsque le déséquilibre entre les constituants du noyau que sont les protons et les neutrons devient trop important, l’interaction nucléaire forte n’est plus capable de lier les derniers nucléons. on a alors atteint la drip-line. pour des noyaux riches en protons, la barrière coulombienne peut alors, dans certains cas, retenir les derniers protons.

2 emissione di 2-protoni da uno stato nucleare
da uno stato eccitato b-2p decay: 22Al, 26P, 31Ar,… altri casi: 14O, 17Ne, 18Ne (T. Zergueras et al.) dallo stato fondamentale nei nuclei leggeri 6Be, 12O, 16Ne, 19Mg vite medie dell’ordine dei tempi di reazione (~10-20 s) nella regione di massa A~50 vite medie: ~ms 45Fe, 48Ni, 54Zn, ?… emissione sequenziale 3 bodies break-up 2He radioactivity

3 vita media del tunneling
modello semplificato: tunneling di una particella 2He attraverso la barriera Coulombiana  confronto tra i modelli di massa  T1/2 = f(Q2P) se Q2P è troppo elevato  il nucleo non è legato o T1/2 è troppo breve se Q2P è troppo piccolo  tunneling troppo lento: b+ domina il decadimento

4 candidati per il decadimento 2p
regione di massa A~50: g barriera Coulombiana sufficientemente elevata (Z = 20 ~ 30) g vita media: 1 ms ~ 10 ms candidati: (modelli di massa di Cole, Brown, Ormand) 45Fe, 48Ni, 54Zn 42Cr, 49Ni  accessibili con esperimenti di frammentazione del proiettile 54Zn 49Ni 48Ni 45Fe 42Cr

5 storia degli esperimenti
1996 GSI (Darmstadt - Germany) prima osservazione di 42Cr, 45Fe, 49Ni nessuna informazione sul tipo di decadimento 1998 GANIL (Caen - France) ricerca di 48Ni (infruttuosa) prima osservazione di 55,56Zn 1999 GANIL scoperta di 48Ni decadimento di 42Cr e 49Ni 45Fe: statistica molto bassa 48Ni: nessun dato sul decadimento 2000 GANIL – 2001 GSI decadimento per emissione di 2-protoni di 45Fe

6 sezioni d'urto di frammentazione
Stime per le sezioni d’urto (accessibilità) g low confidence… g ordine di grandezza (da exp a GANIL) 42Cr 20~200 pb 45Fe ~0.8 pb 49Ni ~1.3 pb 48Ni ~0.04 pb

7 GANIL/LISE3: frammentazione del proiettile
Fascio primario ciclotroni CSS1 e CSS2 75 MeV / A intensità sul target ~3 Ae frammentazione del proiettile bersaglio di Nichel naturale SISSI device (grande accettanza) 1013 p/s efficienza di trasmissione: 1~10 % p/s 105 p/s spettrometro LISE3 selezione Br degrader acromatico (Be) filtro di Wien set-up di rivelazione identificazione degli ioni misura del decadimento

8 identificazione dei nuclei
- veto particelle leggere - energia residua - perdita di energia tempo di volo telescopio di silicio identificazione ione per ione degli eventi di impiantazione impiantazione: double side silicon strip detector (X-Y) 16 x 3 mm misure ridondanti  riduzione del fondo - micro-channel PLATES - HF del ciclotrone

9 figure per l'identificazione
Blank et al. (2000) Osservazione del 48Ni 4 nuclei impiantati esperimento a GANIL 2000 22 eventi di impiantazione di 45Fe condizioni per l’identificazione: da 8 a 10 parametri  fondo quasi nullo

10 g b P misure di decadimento impiantazione g decadimento
correlazione degli eventi nel pixel  riduzione del fondo nelle distribuzioni energia/tempo dei decadimenti g b energia del protone rivelatore a strip Є ~ 100 % coincidenze con le particelle b silici vicini Є ~ 30 % Array di rivelatori al germanio spettroscopia dettagliata b-g, b-p-g P

11 protoni ritardati vs 2-protoni

12 spettroscopia: il caso del 47Fe
meno esotico a più alta production rate g coincidenze protoni-gamma g alcune transizioni identificate g stime di massa (IMME) Confronto con le previsioni teoriche wi shell model (struttura nucleare, interazioni)

13 Cromo-43: nucleo figlio del Ferro-45 dopo l'emissione di 2p

14 Cromo-42: candidato per radioattività 2p
EP ~ 1.9 MeV a T1/2 ~ s vita media misurata: 13.4 ms a molto probabilmente b decay

15 Nichel-49: candidato per radioattività 2p
EP ~ 3.7 MeV a T1/2 ~ s vita media misurata: 12 ms a molto probabilmente b decay

16 assegnazione della transizione:
transizione 2p assegnazione della transizione: energia del picco: 1.14 ± 0.05 MeV nel range atteso perché l’emissione di 2p sia osservabile larghezza del picco: 60 keV 30 % più stretta che bp g no b pile-up vita media: 4.7 ms compatibile con Q2P filiazione: in accordo con l’energia e il tempo del decadimento bp decay del 43C  Descrizione coerente dell’emissione di 2p dallo stato fondamentale del 45Fe

17 coincidenze beta-protone
confronto tra 45Fe e 46Fe (bp): stesse condizioni energetiche: Qb simili e stessa energia EP efficienza di coincidenza: 30~35 %

18 discussione 22 nuclei di 45Fe impiantati/ 12 conteggi nel picco 2p
vita media breve, tempo morto dell’acquisizione 0.3~0.5 ms da 3 a 4 eventi di decadimento probabimente persi  2p branching ratio: 70~80 % competizione tra i canali bp e 2p in accordo con i risultati del GSI statistica molto bassa...

19 confronto con i modelli
esperimento: 1.14 ± 0.05 MeV modelli di massa: 1.15 ± 0.09 MeV (Brown, 1991) 1.22 ± 0.05 MeV (Cole, 1996) 1.28 ± 0.18 MeV (Ormand, 1996) Q2P esperimento: semplice modello di tunneling: con il fattore spettroscopico: S ~ shell model (B. Brown) vita media

20 altri modelli R-matrix: (Barker, Brown) con interazione p+p in onda
S = 0.20 decadimento a 3 corpi p-p correlazione (Jacobi T)  buon accordo per correlazioni p-wave dal nucleo mirror: ultimi due protoni nello stato f (Grigorenko et al.) emissione sequenziale stato intermedio 44Mn Q1P = -24 a +10 keV T1/2 g alcune ore ~ alcuni giorni di-proton 3-body indép.

21 conclusioni esperimento 42Cr, 49Ni molto probabilmente decadimento b
45Fe emissione di 2-proton dallo stato fondamentale descrizione coerente incluso il decadimento del nucleo figlio (43Cr) possibile competizione tra 2p / bp dati dal GSI in buon accordo con i risultati di GANIL Confronto con i modelli risultati dipendenti dal modello g nuovi calcoli in progress l’emissione sequenziale sembra esclusa problemi ancora aperti: 3-body break-up o radioattività 2He?

22 prospettive (a breve termine)
esperimenti (GANIL) 45Fe conferma dell’emissione di 2p (riproducibilità)  precisi Q2P e T1/2 decadimento del figlio, b branch 48Ni osservazione 1999  buone condizioni per l’emissione di 2p  tipo di decadimento? 54Zn osservazione 55,56Zn 1998  tra 10 e 15 nuclei di 54Zn / giorno ?

23 prospettive (a lungo termine)
scopo misure di correlazioni angolari dei protoni emessi discriminazione tra emissione 2He / altri casi sviluppo TPC impiantazione in una cella a gas tracking 3D dei protoni g rivelatore X-Y g Z time projection tecnologia MGWC (high energy physics) M. Dracos et al. elettronica integrata (ASICs) identificazione drift degli elettroni nucleo emettitore protoni rivelatore X-Y campo elettrico

24 Decadimento per emissione di 2 protoni
Le figure utilizzate in questa presentazione sono state prese dal talk presentato da J. Giovinazzo alla Conferenza “International Symposium on Proton-Emitting Nuclei - Procon 2003” tenutasi presso i Laboratori Nazionali di Legnaro (PD) dal 12 al 15 febbraio 2003. Come riferimenti bibliografici si possono prendere i seguenti due articoli e le referenze in essi contenute J. Giovinazzo et al., Phys. Rev. Lett. 89(2002) /4 M. Pfützner et al., Eur. Phys. J. A14(2002)