L’analyse des spectres énergie a permis de déterminer le parcours projeté Rproj qui est égal à p∆x2+ ∆y2. Afin de calculer l’angle d’émission du proton dans la décroissance βp de
52Ni, la troisième composante ∆z de la trajectoire doit avant tout être déterminée avec ∆z = vd∆t ±
q v2
dσ2
∆t+ ∆t2σvd2 (IV.14)
avec vdla vitesse de dérive des électrons dans le gaz déjà déterminée au paragraphe IV.1.2.2. L’angle zénithal θ est ensuite calculé à partir des coordonnées cartésiennes ∆x, ∆y et ∆z de la trajectoire selon : θ = arcsin s ∆x2+ ∆y2 ∆x2+ ∆y2+ ∆z2 ! = arcsin Rproj R si ∆z > 0 π − arcsin s ∆x2+ ∆y2 ∆x2+ ∆y2+ ∆z2 ! = π − arcsin RprojR si ∆z < 0 (IV.15)
Son erreur associée est donnée par :
σθ = r σ2 Rproj +Rproj R 2 σ2 R ∆z (IV.16)
avec σR l’erreur sur le parcours total R définie ci-après.
La figure IV.17 montre la distribution angulaire obtenue pour des événements de décroissance de 52Ni. L’émission du proton dans la décroissance βp de 52Ni est, en principe, isotrope. Or, la distribution angulaire obtenue expérimentalement présente une anisotropie. On remarque que l’émission est clairement favorisée vers le bas, soit pour un angle θ > 90˚. Ce constat ne concerne pas uniquement ces données, ceci avait déjà été observé lors de la première expé-rience avec la TPC [23]. Aucune explication n’a pu être trouvée. Les questions principales à élucider sont :
i) est-ce un biais du détecteur qui conduit à une mauvaise reconstruction de la trajectoire, auquel cas l’angle déterminé est erroné ?
ii) est-ce plus simplement un défaut d’efficacité pour les événements qui vont vers le haut ? iii) existe-t-il une réelle anisotropie du proton ?
Concernant la première considération, la reconstruction spatiale de la trajectoire peut être vérifiée en déterminant le parcours total R de la particule. Il est calculé avec
R =p∆x2+ ∆y2+ ∆z2 (IV.17)
et son erreur associée :
σR= q
∆x2σ∆x2 + ∆y2σ∆y2 + ∆z2σ2∆z
R (IV.18)
La figure IV.18 montre le spectre du parcours total des événements de décroissance corrélés à une implantation de 52Ni. On remarque que deux pics apparaissent à r1 = 3,94 ± 0,78 cm
82 Chapitre IV. Analyse et résultats theta_52Ni Entries 1271 Mean 98.93 RMS 38.88 ) ° Theta ( 0 50 100 150 ° Coups / 10 0 20 40 60 80 100 120 140 theta_52Ni Entries 1271 Mean 98.93 RMS 38.88
Fig. IV.17 – Distribution angulaire des protons émis dans la décroissance βp de 52Ni. Une forte anisotropie est observée avec plus d’événements pour lesquels les protons vont vers le bas. Le trait plein représente la courbe (sinus) que devrait suivre l’angle pour une émission isotrope.
et r2 = 5,81 ± 1,01 cm. Ces deux valeurs de parcours différents correspondent aux deux énergies identifiées lors de la précédente expérience [61] (E1 = 1056 keV et E2 = 1344 keV). Les parcours calculés avec SRIM [57][58] correspondant à ces énergies sont r1 = 3,84 cm et r2 = 5,60 cm, ce qui est en très bon accord avec les parcours expérimentaux obtenus. On remarque également que le rapport de ces deux pics ne correspond pas au rapport des intensités relatives des deux branches évoquées au paragraphe IV.2.1 (4% pour E1 et 10% pour E2) [61]. Deux arguments peuvent expliquer ce constat :
- L’implantation de l’ion n’est pas toujours au centre de la chambre, la distribution de parcours étant relativement importante. Il y a donc des événements où les protons sortent de la chambre. La probabilité que les protons ayant un parcours plus grand sortent de la chambre est plus élevée : on perd donc plus d’événements appartenant au deuxième pic dans la distribution de parcours qu’au premier.
- Le premier GEM est situé à 4 cm de la position d’implantation. Cela n’altère pas la reconstruction spatiale des protons avec l’énergie E1mais les protons avec l’énergie E2peuvent s’arrêter dans le GEM et ne pas déposer toute leur énergie : le parcours déterminé est donc sous estimé.
Notons que les événements dont le parcours total ne fait pas partie de ces deux pics sont des cas où le proton est sorti du volume actif et n’a donc pas déposé toute son énergie, ce qui inclut également les cas où le proton a une énergie E3 = 2824 keV prédite dans le paragraphe IV.2.1 [61]. Tous ces événements induisent ainsi un fond dans le spectre du parcours total.
Les deux pics présents dans la distribution du parcours montrent que la reconstruction spatiale est bonne et donc que les angles déterminés ne sont pas erronés. De plus, nous avons vu que l’angle fixé par le collimateur était également bien reconstruit pour des mesures avec une source α.
Cela nous amène à croire qu’il pourrait y avoir un défaut d’efficacité pour les événements allant vers le haut. Celui-ci serait dû à des cas où la TPC n’est pas déclenchée. Or, cela pourrait arriver dans des situations où l’énergie déposée par piste est extrêmement faible, c’est-à-dire pour des trajectoires allant horizontalement. Le fait qu’il y ait plus d’événements vers le bas ne peut donc pas être expliqué par un problème de déclenchement de la TPC.
IV.2. Décroissance βp de 52Ni 83 Parcours (cm) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Coups / 0.25 mm 0 20 40 60 80 r1 = 3.94 ± 0.78 cm 1.01 cm ± r2 = 5.81
Fig. IV.18 – Reconstruction spatiale de la trajectoire des proton émis dans la décroissance βp de
52Ni. Deux pics apparaissent correspondant aux deux énergies identifiées dans [61].
Enfin, aucun argument ne permettrait de montrer qu’il existe une réelle anisotropie du proton émis. Des calculs concernant l’influence du champ électrique de la TPC sur la trajec-toire d’un proton ont montré que cet effet est complètement négligeable.
Finalement, aucune des trois pistes n’a pu aboutir pour expliquer cette anisotropie.
Cependant, un élément de réponse a pu être apporté par les observations suivantes. Si on sélectionne les événements pour lesquels le parcours du proton est relativement petit (R < 4 cm) la distribution angulaire obtenue représentée sur la figure IV.19 est isotrope. Cela signifie que l’anisotropie concerne des événements pour lesquels le parcours est supérieur à 4 cm. Cette distance correspond à la hauteur de l’entrée du faisceau par rapport au premier GEM. Une explication plausible serait que lorsque le proton touche le GEM, la forme des signaux est altérée et ne permet pas une bonne reconstruction de la trajectoire. Aucune preuve de cela n’a pu être apportée mais cette explication est la plus probable.
) ° Theta ( 0 50 100 150 ° Coups / 10 0 10 20 30 40 50 60
Fig. IV.19 – Distribution angulaire des protons émis dans la décroissance βp de 52Ni. Seuls les événements pour lesquels le parcours est inférieur à 4 cm sont sélectionnés. Une distribution isotrope est alors obtenue.
84 Chapitre IV. Analyse et résultats
On peut également remarquer sur la figure IV.19 qu’il manque des événements aux très petits et grands angles. Ceci s’explique par le biais expérimental déjà évoqué plusieurs fois : lorsque les trajectoires projetées sur les deux dimensions X et Y sont très petites, c’est-à-dire lorsque la trajectoire de la particule est quasi verticale, l’analyse des spectres temps ne permet pas de reconstruire la troisième composante ∆z de la trajectoire.
IV.2.7 Conclusion
Cette partie nous a permis de mettre en évidence certaines limitations du détecteur et de les prendre en compte dans la reconstruction spatiale des trajectoires. L’isotropie de l’émission des protons lors de la décroissance de52Ni a été vérifiée pour l’angle azimutal. La reconstruction spatiale en trois dimensions montre que l’on retrouve bien les valeurs connues des parcours des protons. En ce qui concerne l’angle zénithal, l’isotropie d’émission a été vérifiée pour les parcours inférieurs à 4 cm mais la distribution angulaire obtenue pour des parcours plus grands n’est pas encore totalement comprise.
Nous appliquerons cette méthode d’analyse pour reconstruire les trajectoires des protons dans la radioactivité 2p de54Zn. Ces protons ont un parcours d’environ 2 cm et nous verrons que, ayant accès précisément à l’énergie individuelle des protons, nous pourrons utiliser une deuxième méthode d’analyse permettant ainsi de vérifier que la reconstruction des trajectoires est correcte.