la radioactivit deuxprotons linteraction electrofaible via les transistion

la radioactivité deux-protons l’interaction electro-faible via les transistion 0+ -> 0+ Bertram Blank – 12 mai 2006 LPC Caen

quand tenir le dernier proton est juste au dessus des forces du noyau… g du fait de la charge électrique du proton, il se crée un effet capable de retenir, pour un temps très court, la dernière particule: la barrière coulombienne g dans le monde quantique (l’infiniment petit), les particules peuvent traverser les obstacles, même si elles n’ont pas assez d’énergie pour le faire: c’est l’effet tunnel ce phénomène est la radioactivité (un)-proton g découvert en 1981 au laboratoire de physique nucléaire (GSI) de Darmstadt (Allemagne) par S. Hofmann et O. Keppler g une trentaine de cas connus aujourd’hui, parmi les noyaux sur la frontière de la carte des isotopes, du côté riche en protons

pour gagner un peu de stabilité, protons et neutrons s’associent par paires g à la drip-line, cet appariement permet d’ajouter deux protons à un noyau alors qu’en ajouter un seul n’est pas possible appariement: g pour certains noyaux, les deux derniers protons ne sont pas tenus par l’interaction nucléaire forte, et c’est encore la barrière coulombienne (effet de la charge électrique) qui les retient g les deux protons corrélés par l’appariement traversent la barrière coulombienne, et la paire – qui n’est pas viable hors du noyau – se brise en 2 protons libres - effet de créneau des drip-lines - position des noyaux stables une nouvelle radioactivité est née, la radioactivité 2 -protons elle était prédite depuis les années 60, mais elle était restée inaccessible jusqu’en 2002.

émission séquentielle: 2 p? ? décroissance -2 p 22 Al, 26 P, 31 Ar, … émission simultanée: « réaction à 3 corps » région A~50 durées de vie: ~ms radioactivité 2 He 39 Ti, 42 Cr, 45 Fe, 49 Ni, 48 Ni, 54 Zn, ? …

Emission 2 p -retardée Emetteurs -2 p experimentallement observés Étudié en détail 31 Ar

-delayed 2 p emission: 31 Ar ISOLDE facility Maria J. G. Borge, H. O. U. Fynbo, J. Thaysen et al.

Emission -2 p : 31 Ar 1 st emitted 30 S* 29 P 2 nd emitted Emission séquentielle!!

Nouveau dispositif pour l’étude de l’émission 2 p • 6 Si strip XY • 6 Si standard Þ ~ 200 voies • 3 Ge clover

L’étude de l’émission -xp : Résultats 33 Ar: 31 Ar: spectre protons L’étude de l’émission -xp : Perspectives • Autres noyaux - 22 Al, 22, 23 Si, 26 P, 27 S, 35 Ca, 39 Ti… • Autres décroissances: - 13 O � p 3 a - 17 Ne � pa + 12 C Iolanda Matea, Nassima Adimi

CKM mixing matrix coupling quark states in the Standard Model unitarity condition Vud ~ 95 % Vus ~ 5 % Vub ~ 0… % the situation today deviation to unitarity Vud: - nuclear 0+ g 0+ decays - neutron decay Part. Data Group (2004) Serebrov et al. (2005) - pion beta decay (larger uncertainty) Vus: - KX decays + form factor Leutwyler-Roos (1984) Cirigliano et al. (2005) Vus Vud nuclear 0+ g 0 + neutron decay pdg 04 neutron decay Se 05 K decay: pdg 04 + LR 84 ~ 2 s ok K: all results + LR 84 ok ok ~ 2 s K: all results + Ci 05 ~ 2 s ok

Fermi 0+ g 0+ transitions and CVC hypothesis Fermi decay and CVC: matrix element • for T = 1 states coupling constant • CVC : ft = constant for given isospin Correction terms: g radiative corrections DR nucleus independent (~ 2. 4 %) d. R nucleus dependent (~ 1. 5 %) g isospin symmetry breaking d. C Corrected Ft: ~ 0. 5 %, nuclear structure insight: d. C - d. NS

Experimental ft measurements 0+ precision measurements required to test Ft value ~10 -3 T 1/2 QEC mass measurements f ~ QEC 5 QEC T 1/2, BR BR 0+ b-decay studies t = T 1/2 / BR Status in 2005 9 best cases 10 C, 14 O, 26 m. Al, 34 Cl, 38 m. K, 42 Sc, 46 V, 50 Mn, 54 Co many recent results 22 Mg T 1/2, BR Texas A&M QEC Argonne, ISOLDE 34 Ar T 1/2, BR Texas A&M QEC ISOLDE 62 Ga T 1/2, BR GSI, Jyväskylä, Texas A&M 74 Rb T 1/2 , BR TRIUMF, ISOLDE QEC ISOLDE 46 V QEC Argonne QEC NSCL / MSU 38 Ca

Ft value and its corrections dc correction: d. R correction: Towner & Hardy 2002

Average Ft value (november 2005) Ft = (3073. 66 ± 0. 75) s

Best 0+ g 0+ decay cases 10 C branching ratio Hardy, Towner 2004 46 V mass recently re-measured (JYFL, ANL) Experimental precision reaches theoretical calculations level Theoretical corrections should be calculated in different formalisms (currently mainly shell model)

Uncertainties: challenges for TZ = -1 nuclei Hardy, Towner 2004 need for decay studies similar T 1/2 of parent and daughter precise determination is difficult branching ratio < 100 %: BR determination requires very precise gamma efficiency calibration (<10 -3 !!!) Hardy & Towner 2004

heavier TZ = 0 nuclei Hardy, Towner 2004 further from stability lower production rates lower proton binding energy higher radial overlap correction high charge Z stronger isospin mixing effects important Coulomb correction d. C higher shells involved g theoretical uncertainties recent measurements for 62 Ga and 74 Rb

Ft value and its corrections Problems: • large model spaces for mid-fp shell nuclei �large errors • close to 100 Sn: smaller model spaces with a 100 Sn core � 94 Ag, 98 In most likely large, but precisely known corrections �“easy” to test…. • to measure: Q value half-life branching ratios but also: masses of isobaric analogue states in neighboring nuclei �needed to determine dc correction • needed: production rate of about 1000 pps