INTÉRÊT SPECTROSCOPIQUE DES RÉACTIONS DE TRANSFERT DE DEUX NUCLÉONS INDUITES PAR IONS LÉGERS

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INTÉRÊT SPECTROSCOPIQUE DES RÉACTIONS DE TRANSFERT DE DEUX NUCLÉONS INDUITES

PAR IONS LÉGERS

R. Seltz

To cite this version:

R. Seltz. INTÉRÊT SPECTROSCOPIQUE DES RÉACTIONS DE TRANSFERT DE DEUX NU-

CLÉONS INDUITES PAR IONS LÉGERS. Journal de Physique Colloques, 1974, 35 (C5), pp.C5-67-

C5-74. �10.1051/jphyscol:1974535�. �jpa-00215698�

JOURNAL DE PHYSIQUE Colloque

C5,

supplément au no 11, Tome 35, Novembre 1974, page C5-67

INTÉRÊT SPECTRO SCOPIQUE DES RÉACTIONS DE TRANSFERT DE DEUX NUCLÉONS INDUITES PAR IONS LÉGERS

R.

SELTZ

Laboratoire des Basses Energies,

C. R. N.

Cronenbourg et

U.

L.

P.,

67037 Strasbourg, France

Résumé. - Les multiples aspects de l'étude expérimentale des transferts de deux nucléons induits par ions légers sont passés en revue : spectroscopie de noyaux exotiques, étude du mélange d'iso- spin dans les noyaux légers et moyens, intérêt de la réaction (d, a) pour l'étude de la couchef7/2, appariefnent de protons au voisinage de A = 56, propriétés collectives des noyaux pair-pair, étude des transitions de forme et recherche d'excitations cœur-particule dans les noyaux impairs.

Les perspectives futures pour le développement de ces études aussi bien du point de vue expéri- mental que théorique sont évoquées.

Abstract. - The various aspects of the experimental investigation of two nucleon transfer reac- tions with light particles are summarized : spectroscopy of exotic nuclei, isospin mixing in light and medium nuclei, the (d, a) reaction for the study of the f7/2 shell, proton pairing around A = 56, collective properties of even-even nuclei, shape transition and core excitation in odd-Z nuclei. Views on future experimental and theoretical developments of the nucleon transfer reaction are pointed out.

1. Introduction.

- Les réactions de transfert de deux nucléons (RTDN) induites par des particules légères contribuent pour une part importante à la connaissance de la structure des noyaux. L'étude théorique de leurs mécanismes s'est affinée parallè- lement au développement des techniques expéri- mentales et le résultat de ces recherches, limité au début à la détermination des spins et parités, s'est progressivement élargi à une meilleure connaissance des configurations microscopiques des niveaux nucléaires. Si le transfert d'un deutéron a surtout permis de compléter les informations sur la structure dans le cadre du modèle des couches, le transfert de deux nucléons identiques et en particulier de deux neutrons, a mis en évidence le rôle majeur joué par les corrélations de pairing dans les interactions nucléaires.

La compréhension du mécanisme de ces réactions est en pleine évolution et il n'est pas de notre propos de discuter ces approches nouvelles. Nous nous limiterons dans cet article à l'hypothèse d'un transfert simultané des deux nucléons donnant lieu à une réac- tion directe. Dans ce cadre pourtant réduit,

il

n'est pas possible dans une aussi courte revue, de faire une étude exhaustive de l'apport des

RTDN

à la connais- sance spectroscopique des noyaux. En nous appuyant sur des publications récentes, nous essayerons de montrer i'intérêt de ces expériences et le vaste éventail d'informations qu'elles peuvent apporter à une meilleure connaissance de la structure nucléaire.

2. Généralités. - De nombreux noyaux, inacces- sibles à partir de réactions de transferts simples, peuvent être étudiés par transfert de deux nucléons (TDN). La figure

1

montre les différentes possibilités à partir d'un isotope stable. Les réactions (p, t) ou (t, p), en particulier, permettent l'étude spectrosco- pique d'une séquence complète d'isotopes pair-pair y compris ceux qui sont éloignés par deux neutrons de la zone de stabilité. Cette caractéristique a été abondamment utilisée pour l'étude systématique de ces noyaux et le contrôle de leurs modèles théoriques.

FIG. 1.

-

Déplacements causés par les réactions de transfert de deux nucléons.

(

p,t

)

(n,t 1.

(

P,T 1 ( d , a )

(T,n)

Cible

in,T) (Tl p

⁾

( t , n ) (a,d

( t , ~ )

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1974535

Si la réaction (7, n), malgré les difficultés expéri- mentales de la détection des neutrons, est très inté- ressante pour l'étude du pairing de protons et la production de noyaux exotiques, la réaction inverse (n,

^z)

n'a été que très peu étudiée. A cause de bilans très négatifs, son étude, comme celle de la réac- tion (n, t), nécessiterait des faisceaux monocinétiques de neutrons de très haute énergie, difficiles

à

produire.

A ces difficultés expérimentales s'ajoute la complexité de leurs mécanismes, dominés par le noyau composé aux énergies incidentes relativement faibles, et

à

plus haute énergie par les réactions en compétition (n, dn), (n, P 2n), (n, dp) ou (n, n 2 ~ ) .

Les expériences en (t, n) sont rares car elles néces- sitent un faisceau de tritons en même temps qu'un dispositif de spectrométrie de neutrons. Par contre, ces réactions, ainsi que (7, ny), sont utilisées pour l'étude expérimentale des transitions électromagné- tiques comme l'attestent des travaux récents se rapportant aux noyaux l4N

[l], [2]

et 56Ni

[3].

Des études similaires ont été effectuées pour de nombreux noyaux par la réaction (t, py) auprès des accélérateurs de tritons de

3

MeV de Strasbourg, Pa10 Alto et Brookhaven. Les publications les plus récentes ont porté sur des mesures de vies moyennes dans 33P [4], sur la décroissance P de 17N

[5]

et sur l'étude des noyaux "Mg et 32Si. (B. Rastegar, G. Guillaume, P. Fintz et A. Gallmann,

à

paraître.) En ce qui concerne les réactions (p, t), (7, p), (d, a) et leurs inverses, pour assurer leur caractère direct et profiter de la simplification qu'apportent alors les règles de sélection, il est nécessaire en général de travailler aux énergies incidentes supérieures

à 20

MeV.

Cependant, différents auteurs ont montré que même aux énergies incidentes de l'ordre de

3

MeV, la réac- tion (t, p) montre un mécanisme direct dominant pour des cibles de la couche (s, d) et (f, p) comme 24Mg, 27A1, ,'Si

^OU

40Ar

OU

même ''Ne et 21Ne (B. Chambon et coll., communication

à

ce colloque).

3. Règles de sélection. ^-

Zeidman et Yntema

[6],

puis Cerny et coll.

[7]

et d'autres ont remarqué dès 1960, en étudiant la réaction (a, d) sur des noyaux légers, que les spectres des deutérons montraient une très grande sélectivité et que les distributions angu- laires sur ces niveaux étaient fortement pointées vers l'avant. Ces deux caractéristiques sont l'indice d'un mécanisme direct. Glendenning

[8]

puis Towner et Hardy [9] ont développé la théorie du transfert de deux nucléons et montré l'intérêt de leur étude pour la compréhension de la structure des états nucléaires.

Suivant Glendenning, la section efficace s'écrit

:

d a

-

dl2

^{f 2} LSJM

z

j i j 2

^z

^{j 2 L S}

I ^.

^{( 1 )}

Le facteur statistique (fc) inclut un coefficient de Clebsch-Gordan

C

relatif

à

l'isospin. L,

S,

J,

M

sont les nombres quantiques de la paire transférée avec les notations habituelles,

j,

et

j,

symbolisant les

nombres quantiques

(nlj)

des états dans lesquels les deux particules sont capturées dans une réaction de stripping. Le calcul en D. W. B. A. de l'amplitude de transfert BF est équivalent

à

celui d'un transfert de un nucléon. Toute l'information sur la structure nucléaire se trouve dans le coefficient p qui s'exprime en fonction des nombres quantiques des orbites et des nucléons participant

à

l'interaction.

Contrairement au cas du transfert de un nucléon, la somme sur

j,, j,

dans l'expression de la section efficace introduit un effet de cohérence qui rend impos- sible l'extraction d'un facteur spectroscopique et la comparaison des sections efficaces expérimentales avec la théorie nécessite la connaissance des fonctions d'onde d'un modèle que l'on pourra ainsi vérifier.

En outre,

à

cause de cette addition cohérente, la section efficace risque d'être très sensible aux détails de la fonction d'onde. Ceci semble limiter considé- rablement l'intérêt des RTDN pour l'étude de la majorité des niveaux, dont les modèles ne prédisent souvent que les configurations dominantes. Nous verrons que tel n'est pas le cas, et que même avec ces limitations, ces réactions grâce

à

leur sélectivité sont un outil puissant pour la compréhension de la structure nucléaire.

4. Transferts de deux nucléons et isospin. - 4 . 1

VIOLATION

D'ISOSPIN DANS LA RÉACTION

(d,

^01). -

La réaction (d, a) sur des noyaux

T =

O des couches p ou (s, d) excite de nombreux états T

⁼

1 en violation des règles de sélection. Ces études expérimentales, limitées essentiellement dans le passé

à

des transferts entre niveaux

O+ [IO],

se sont étendues

à

des cas plus généraux dont nous reportons quelques exemples dans le tableau

1 [12-141.

La valeur

R

est le rapport des intensités d'excitation du niveau T

⁼

1 et du niveau le plus voisin

T =

O de même spin J , figurant aussi dans le tableau. Les énergies incidentes rela- tivement faibles auxquelles ces auteurs ont travaillé rendent plausible un mélange d'isospin dû au noyau composé, car dans la plupart des cas la largeur des niveaux <

ï

> dans la zone d'excitation atteinte dans

Violation d'isospin dans quelques réactions (d,

oc)

entre états

de

spins dzfféérents de

O f

E d Ez

Réaction (MeV) Ji Jf (MeV) Tf R

-

-

- - - - -

'4N(d,a)lzC 7,18 1+ 1+ 15,11 1 3 % [réf. 121

1+ 12,71 O

loB(d, @Be 8-12 3+ 2+ 16,6 1 ;O 100 % [réf. 131

2+ 16,9 0 ; 1

I f 17,64 1 9-12 % If 18,15 O

20Ne(d,cl)l8F 6-11 OC 2+ 3,060 1 20-40%

[réf. 141 2+ 2,524 O

TRANSFERT DE DEUX NU( :LÉONS PAR IONS LÉGERS CS-69

le système composé est du même ordre de grandeur que l'élément de matrice coulombien < To 1

H,

1 Tl >,

soit 100

à

250 keV [Il]. L'étude de l'amplitude des mélanges d'isospin dans les fonctions d'onde des niveaux en cause nécessite des expériences

à

des énergies incidentes plus grandes. De nombreux cas peuvent être étudiés, mais les mesures sont longues et difficiles expérimentalement. Citons par exemple le doublet de niveaux 1- dans

18F à

5,61 et 5,67 MeV présentant tous les deux un mélange d'isospin important [15].

4.2 ETUDE

DES ÉTATS ISOBARES

ANALOGUES.

-

Les règles de sélection sur I'isospin se sont révélées très utiles pour l'étude des états isobares analogues. En effet, lorsque l'isospin T, du noyau cible est différent de O+, la réaction

^(7,

n) excite

à

la fois les niveaux T

= T, et T,

+ 1 dans le noyau final. L'identification des niveaux T, est nécessairement indirecte. Mais leurs structures particulièrement simples, puisqu'ils sont les analogues d'états fondamentaux ou faiblement excités, se traduisent dans les spectres par leur faible largeur parmi de nombreux niveaux larges, leur forte intensité et la forme de leurs distributions angulaires. Adelberger

et

coll. [18] ont mis en évi- dence par la réaction (7, n) certains états T

⁼ 312

dans 13N, 17F et "Na ainsi que les premiers états T

=

2 dans 20Ne et 24Mg et vérifié ainsi expéri- mentalement la loi quadratique donnant les masses M(T,) des différents membres d'un multiplet d'isospin T :

La comparaison des réactions (p, t) et (p, 7) sur un même noyau cible J"

⁼

0' aboutit

à

des conclu- sions similaires, mais permet, en outre, de déterminer d'une manière univoque le spin 1 ou

O

transféré dans la réaction lorsque l'isospin T

= O

ou T

=

1 du noyau final est connu. Fleming et coll. 1161 ont ainsi pu mesurer la dépendance en spin et isospin du poteil- tiel d'interaction dans le cas d'une cible

^160.

De telles études sont fondamentales pour une meilleure connaissance des mécanismes de transfert encore mal compris, malgré de nombreux travaux expérimentaux et théoriques, comme l'ont montré Garrett et Hansen 1171.

5.

Etude des noyaux de la couche f7/,. -

5.1 INTÉRÊT

DE LA RÉACTION

(d,

^CI). -

Dans le stripping ou le pick-up d'un deutéron sur une cible paire- paire, si les protons et les neutrons de valence sont dans la même orbite, les règles de sélection interdisent le transfert d'un deutéron de la configuration (1,

j);

couplée

à

un spin pair. Cette sélectivité a été utilisée abondamment dans l'étude des noyaux de la couche f,,, pour lesquels McCullen, Bayman et Zamick [19] ont montré que la configuration f7,, était relativement pure dans les niveaux faiblement excités.

A titre d'exemple, considérons le noyau ',Mn qui dans l'hypothèse la plus simple a

5 protons et 7 neutrons dans f,,,.

L'on s'attend

à

ce que parmi les niveaux faiblement excités figurent les membres du multiplet [n(f7/,)l ~(f,,,)'] J, J

⁼

l i , 2', ..., 7'.

Ce noyau a été étudie par différents auteurs et pour toutes les réactions possibles en particules légères [20- 241. La figure 2 résume ces résultats, sous forme de spectres schématiques.

( pblsr) 7'

;OOI ⁱ

^{a 5 4 ~ e E 8} Résolution ^{( d , a}

^.

^{17MeV 30' )} 52 = 1 5 u ^{M n}

FIG. 2. - Etude de s2Mn. Spectres schématiques : a) réf. [20, 211 ; b) réf. [24] ; c) réf. [22] ; d) réf. [20, 231.

100 (u.a.1 50

Comme prévu les réactions (d, a) et (a, d) excitent préférentiellement les niveaux de spin impair du multiplet, l'intensité d'excitation étant en outre proportionnelle

à

2 J + 1, ce qui explique la pré- dominance du niveau 7 + , caractéristique de toutes les réactions (d, a) sur les noyaux de cette région.

Remarquons que le fait que certains niveaux pairs soient faiblement excités, montre qu'ils présentent des mélanges de configuration autre que (f,,,). Un travail analogue a été fait par Wallen et Hintz [25]

pour les réactions (d,

a)

sur 46Ti, 48Ti et 50Ti. La figure

3

donne une comparaison des sections efficaces intégrées expérimentales avec celles calculées dans l'hypothèse d'un modèle (f,/,). L'accord est mauvais sauf pour les trois niveaux 7'. Ceci est compréhen- sible car (lf712)2 est la seule configuration qui peut raisonnablement contribuer

à

l'excitation d'un

7'

dans cette expérience. Si l'on admet pour les niveaux

3 +

et

5'

un faible mélange (If,,,, 2p,,,) pour la paire transférée, la section efficace théorique augmente considérablement.

O O I

Iu.a3 - c tt

1

^-

-

. -

b 'OC, (o(.d 5 2 ~ n E

, = 31,2MeV 8 = 30' Résolution = 45&

CS-70 R. SELTZ

~ T H E O R Y B E X P

et Macefield

[32],

utilisant un spectromètre de protons

RELATIVE (d,a) INTENSITIES

FIG. 3. - Intensités relatives expérimentales et théoriques des réactions (d, a) sur 46,48,50Ti réf. [25].

Des travaux récents en (d, a) ont permis de préciser les schémas des niveaux de 48,50V [26] et 5 6 ~ e [27]

ainsi que leurs configurations dominantes. Enfin, citons le travail de Labie, Leleux et Macq sur 20*22Ne(a, d)22,24Na qui fait l'objet d'une commu- nication

à

ce colloque.

L'extension de ce genre d'études

à

des noyaux plus lourds n'a été que peu tentée

à

ce jour. En plus des complications expérimentales dues

à

la forte barrière de Coulomb pour les particules a et

à

la densité des niveaux dans le noyau final, les réac- tions (d, a) ne sont plus sélectives lorsqu'elles arrachent les particules dans des orbites différentes.

Cependant, comme l'ont montré Daehnick et Bhatia [28] dans une étude comparée de 89Y(d, t)88Y et 9 0 ~ r ( d , a)88Y, la réaction (d,

a)

reste un outil intéressant pour déterminer les configurations domi- nantes des niveaux excités de ces noyaux pour lesquels il n'existe pas de fonctions d'onde théoriques.

5 . 2 LE

PAIRING DE PROTONS AUTOUR DE A =

56.

-

Lorsque Bohr et Nathan [29] en 1968 ont montré l'importance des corrélations de pairing dans la description des niveaux nucléaires, l'étude expé- rimentale des réactions (p, t) et (t, p) était en plein développement. Parallèlement la théorie du pairing a fait de grands progrès et a montré le rôle universel des interactions

T =

1 dans la structure nucléaire [30].

Si les réactions (p, t) et (t, p) ont été les plus souvent étudiées, toute autre réaction dans laquelle deux particules sont transférées dans un état L

=

O,

S = O

et T

⁼

1 constitue une sonde pour les corrélations de pairing. Ceci est le cas pour (T, p) et surtout (T, n).

L'étude de cette dernière réaction pour des noyaux au voisinage de 56Ni

^{(2 =}

28, N

⁼

28) a confirmé les prédictions de Bohr 1291

à

savoir une excitation sélective et très forte des états O+. L'intérêt de la réaction (T, n) aussi bien pour la production de noyaux exotiques que pour l'étude des corrélations de protons a poussé les expérimentateurs

à

améliorer la résolution dans la spectrométrie des neutrons.

Miller et Kavanagh [31] en 1967 en détectant les neutrons par les réactions (n, p) et (n, a) qu'elles induisent dans un détecteur semi-conducteur en sili- cium ont pu mettre en évidence des niveaux de plu- sieurs noyaux inconnus

à

cette époque. Winborrow

de recul avec une résolution de l'ordre de 5 % pour des neutrons de 15 MeV ont vérifié la grande sélec- tivité de la réaction (T, n) pour l'excitation des états Of dans 56Ni et 60Zn. Plus récemment, Evers et

coll. [33],

utilisant le faisceau pulsé de l'accélérateur tandem

Empereur

de Munich ont pu obtenir des résolu- tions de l'ordre de 220 keV pour des neutrons de 15 MeV et 500 keV pour des neutrons de 28 MeV.

Ils ont ainsi pu faire une systématique sur des noyaux de la couche (f, p). La figure 4 montre deux spectres, l'un

à

00 et l'autre

à

200. La section efficace comparée

à

ces deux angles permet une bonne discrimination des transferts

L =

0.

NEUTRON FLlGHTTlME (ns)

FIG. 4. - Spectres expérimentaux de la réaction s4Fe(z, n)ssNi réf. [33].

Des mesures similaires sur des noyaux plus lourds seraient extrêmement intéressantes, mais elles néces- siteraient des énergies incidentes encore plus grandes pour préserver le caractère direct de la réaction, et impliqueraient la détection de neutrons de l'ordre de 40 MeV.

Bès, Maqueda et Perazzo [34] ont calculé les fonc-

tions d'onde et les amplitudes spectroscopiques pour

les niveaux

0'

de noyaux autour de A

⁼

56 dans le

cadre, d'une part de la théorie de pairing et d'autre

part du modèle des couches avec une interaction

résiduelle T

=

1. En plus du mode habituel de sous-

TRANSFERT DE DEUX NUCLÉONS PAR IONS LÉGERS C5-71

traction et addition de phonons, ces auteurs consi- dèrent l'addition non adiabatique de phonons qui permet d'expliquer de nombreuses données expéri- mentales de cette région. La comparaison des ampli- tudes spectroscopiques théoriques avec celles obte- nues expérimentalement dans l'étude des réac- tions (t, p),

(7,

p) ou

(7,

n) soit sur des noyaux de la couche fermée soit sur des noyaux supraconducteurs permet de tester la validité des modèles théoriques.

Il faut signaler

à

l'intention des expérimentateurs que ces auteurs prédisent des énergies d'excitation et des fonctions d'onde de nombreux noyaux de

A =

52

à

60 pour lesquels les RTDN n'ont pas été étudiées

à ce

jour.

6. Noyaux de

A

>

90 :

transfert de deux neutrons

et

pairing.

-

Pour les diverses raisons tant expéri- mentales que théoriques énoncées ci-dessus, l'étude des RTDN sur les noyaux A 90 a été essentielle- ment limitée jusqu'à présent aux transferts de deux neutrons. Outre l'apport purement spectroscopique de ces expériences, elles ont contribué pour une part essentielle au développement de la théorie des exci- tations collectives de pairing. II n'est pas possible en quelques lignes de citer tous les travaux expérimentaux, même récents, et pour les détails le lecteur est renvoyé

à

l'excellent article de Broglia, Hansen et Riedel [35]

qui montre les progrès considérables que les RTDN ont permis de faire en cinq ans

à

la connaissance de la structure nucléaire. Cependant rappelons rapide- ment les caractéristiques principales des spectres (p, t) et les raisons pour lesquelles dans le cas de transfert 0"

+

0' les intensités des transitions constituent une signature de la structure des noyaux en cause.

Broglia et coll. [36]

à

la suite de Yoshida [37] ont montré que dans un transfert de deux neutrons entre états fondamentaux pour des noyaux ayant beaucoup de neutrons en dehors de la couche fermée, l'ampli- tude spectroscopique P définie dans la relation (1) est

:

j

étant le spin de l'orbite participant au transfert, et U j et Vj étant respectivement les coefficients de non-occupation et d'occupation pour le noyau cible et le noyau final.

La section efficace vers l'état fondamental Of sera renforcée d'un facteur

par rapport

à

l'excitation d'un niveau particule-trou obtenu en brisant une paire. Le paramètre

An est la

séparation en énergie des états de neutrons et

G

est l'intensité de la force de pairing.

Les spectres (p, t) entre noyaux pairs-pairs supra- conducteurs sont donc dominés par la transition L

=

O entre les états fondamentaux, membres d'une

bande rotationnelle de pairing. La figure 5 illustre une telle situation dans le cas des tellures

[51].

Les sections efficaces des transitions entre fondamentaux ont été normalisées par rapport

à

celle de 130Te

+

12'Te fixée arbitrairement

à

100. Pour les états 0' excités les pourcentages sont donnés par rapport

à

la section efficace vers le fondamental correspondant.

FIG. 5. - Intensités relatives des transitions (p, t) à 19 MeV entre états O+ pour les isotopes du tellure.

Dans le cas des noyaux

à

couche fermée, les oscil- lations du champ de pairing autour de sa valeur moyenne donnent lieu

à

un état de vibration dont la fonction d'onde est orthogonale

à

celle du fondamen- tal, et les sections efficaces vers ces deux états doivent être voisines. C'est ce que l'on observe expérimentale- ment pour les noyaux au voisinage du plomb.

Pour les autres noyaux, en particulier les noyaux déformés, l'intensité de l'excitation des états Of sera liée

à

la présence dans le spectre de Nilsson d'un gap en énergie AE au voisinage de la surface de Fermi.

Oothoudt et Hintz

[38]

ont expliqué ainsi le spectre obtenu dans la réaction 176Yb(p, t)174Yb par l'exis- tence d'un maximum dans la variation de AE/An en fonction de A pour 176Yb, donnant lieu

à

une transi- tion de phase de pairing.

Les noyaux dans les régions de transition de forme du potentiel nucléaire constituent un cas particulier intéressant. La coexistence bien connue dans certains isotopes du samarium d'états Of sphériques et défor- més est révélée par les sections efficaces

(p,

t) [52].

Une situation analogue se rencontre dans les gadoli- niums [53] et molybdènes. L'étude de la réac- tion

"'MO

(p, t ) 9 8 M ~ [39] a permis de préciser le caractère

mou

du noyau 98Mo. Il existe de toute évidence une transition de forme dans cette région, confirmé encore par les résultats de lo2Ru(p, t)'OORu (R. Seltz et N. M. Hintz, 1974, Communication privée).

Les noyaux '''RU et 9 8 M ~ ayant le même nombre

de neutrons ont pourtant un comportement fonda-

mentalement différent dans les réactions (p, t), met-

tant en lumière l'importance des corrélations de pro-

tons dans la fonction d'onde de ces noyaux. Dans le

C5-72 R. SELTZ

tableau II nous comparons les sections efficaces d'excitation des états Of dans ces deux noyaux. L'ex- plication

microscopiquè de cet effet devra attendre des

développements nouveaux de la théorie. L'étude d'autres cas semblables permettrait de préciser les frontières des zones de transition de forme et de compléter les informations obtenues par la spectro- scopie p et

y

(R. Foucher

et coll. du projet ISOLDE,

Communication privée).

TABLEAU II

Intensités relatives d'excitation des états O' de 98Mo et ''ORÜ par la réaction (p, t) à

19 MeV

$%'f056 1 0 0 44Ru56

Ex _(MeV) % Ex (MeV) %

(*) Section efficace 30° (lab.).

Citons encore la découverte dans les actinides, supposés être des noyaux sphériques, de niveaux O' fortement excités vers 1 MeV d'excitation 1401. L'ori- gine de cette

anomalie a donné lieu à

plusieurs travaux théoriques encore controversés.

Si les transferts vers les états 0' ont été bien étudiés, bien que de nombreux résultats en (p, t) obtenus auprès de cyclotrons souffrent d'un manque de réso- lution, les transferts vers des états 2+, 4+,

3-

pré- sentent encore un vaste champ d'investigation. Bès et Broglia [41] considèrent ces états comme des états de pairing multipolaires, mais la théorie est encore dans un stade préliminaire et des expériences systé- matiques restent

à

faire.

7. Spectroscopie des noyaux impairs.

-

Le succès des RTDN dans l'étude de la spectroscopie des noyaux pair-pair, a incité plusieurs expérimentateurs

à

étendre les réactions (p, t)

à

des noyaux impairs en neutrons ou en protons. Ces mesures présentent des difficultés expérimentales

à

cause de la grande densité de niveaux dans le noyau final et de la réduction des sections efficaces provoquée par un effet de blocage dû au Principe de Pauli, comme cela a été vérifié par Fleming et coll. [42] dans le cas des isotopes impairs de l'étain.

En outre, dans le cas où les spins initial Ji et final J, sont tous les deux différents de zéro, plusieurs moments de transfert L peuvent contribuer

à

la section efficace, rendant l'interprétation des distributions angulaires difficiles. Cependant J. B. Bal1 [43] a montré que pour la réaction

(p,

t) sur " ~ r ( J n

=

512') une addition des distributions angulaires théoriques correspondant aux différents L possibles permet non seulement d'in- terpréter les sections efficaces expérimentales, mais

encore de préciser la configuration des niveaux en cause. Très peu a été fait dans ce domaine si onconsi- dère les multiples aspects de la structure nucléaire que les réactions (p, t) sur les noyaux impairs per- mettent d'explorer comme le montrent les quelques cas isolés cités ci-dessous.

7.1 NOYAUX Z PAIR-N IMPAIR. - Dans le but de compléter les connaissances spectroscopiques de 1 2 3 ~ e , Seltz et Hintz [44] ont étudié la réaction lz5Te(p, t)lZ3Te. Plus de vingt nouveaux niveaux ont été mis en évidence et des limites pour leurs spins ont pu être données. En particulier, deux états fai- blement excités, l'un

à

598 keV ( J n

=

112') et l'autre

à

487 keV (Jn

2

712) ont été découverts. Ce dernier est probablement le même que le niveau

à

489,96 keV ( J n

⁼

7/2+) reporté récemment dans une étude du spectre de décroissance de l'iode 123 1451. Remar- quons que dans ce cas particulier, où le spin du noyau cible est 1/2+, le transfert vers un niveau de spin

J, ⁼

112' ne peut se faire que par L

= O

et l'identifi- cation d'un transfert L

#

O permet de limiter le spin du niveau correspondant

à

deux valeurs

Jf"

=

L

S

112 avec

n = (- l)L

Un exemple intéressant d'expérience (p, t) sur un noyau impair a été donné par Yagi

et coll. [48]. Ces

auteurs ont comparé l'excitation des états O + dans les réactions

143,145,142,144

Nd(p, t) et mis en évidence des états vibrationnels de pairing monopolaire couplés

à

un neutron dans l4'Nd et 143Nd. L'étude d'autres cas analogues au voisinage des couches fermées de neutrons n'est malheureusement que très rarement possible car les cibles correspondantes sont instables.

7.2 NOYAUX IMPAIR-N

PAIR. -

Si l'on admet que dans un transfert de deux neutrons, le proton céli- bataire d'une cible impaire reste spectateur, les dis- tributions angulaires sur les états collectifs obtenus dans le noyau final par excitation du cœur doivent avoir les mêmes formes et la même intensité que pour l'excitation des états correspondants du noyau pair- pair voisin. Une différence dans la variation ou la section efficace serait l'indication d'un mélange de configuration se superposant au couplage cœur-parti- cule. Un cas presque idéal a été reporté par Seth et

coll. [49]. Il s'agit de l'excitation par la réaction (p, t)

du niveau

à

1,41 MeV de 4 3 S ~ qui, comme le montre la figure 6, est un excellent candidat pour une confi- guration ( 1 4 2 ~ a ( 0 1 )

0 712) 712-.

La forme d'une distribution angulaire théorique

L

=

O est assez caractéristique pour déceler en général

sans ambiguïté sa contribution

à

une distribution

angulaire expérimentale complexe, et permettre ainsi

d'attribuer au niveau considéré un spin J; égal au

noyau cible. Cette propriété a permis

à

Markham

et Fulbright [46] d'attribuer le spin 312-

à

deux niveaux

à

1,547 et 2,498 keV dans 6 3 C ~ . L'étude de la réaction

6 5 C ~ ( p , t ) 6 3 C ~ a en outre conduit ces auteurs

à

tester

TRANSFERT DE DEUX NU(: :LÉONS PAR IONS LÉGERS C5-73

,FIG. 6. - Comparaison des distributions angulaires L = O dans les réactions 45Sc(p, t)43Sc et 44Ca(p, t)42Ca. Les courbes qui relient les points expérimentaux pour 45Sc ont été reportées

sur les données de 44Ca réf. [49].

les prédictions du modèle des couches et du modèle de couplage particule-cœur pour 6 3 C ~ . L'intérêt des RTDN pour une identification des niveaux collectifs dans les noyaux impairs en protons a été signalé par Iwasaki

et coll.

1471 qui observent un parallélisme frappant entre les sections efficaces de ces réactions et celles obtenues en diffusion inélastique sur lenoyau final. Cette similitude, observée par d'autres auteurs peut être expliquée qualitativement par le fait qu'un grand nombre d'excitations particule-trou et deux parti- cules-trous contribuent d'une manière cohérente dans les deux processus

[36].

Ceci est

à

rapprocher de l'observation que la réaction (p, t) excite relativement fortement les états

3-

dans les tellures pair-pair (R. Seltz et N. M. Hintz, 1974, Communication privée).

Une meilleure compréhension de ces effets nécessite- rait des études systématiques comparées entre les RTDN et les diffusions (a, a') ou (p, p') sur des niveaux collectifs.

L'intérêt d'une telle analyse des états excités d'un noyau

Z

impair en fonction de ceux du noyau pair- pair voisin apparaît encore mieux dans le travail de Erb et Bhatia

1501

qui ont comparé les réactions zOgBi(p, t)'O7I3i et 208Pb(p, t)'06Pb, La figure 7 donne le schéma des niveaux de faible excitation dans les deux réactions. Par la suite de la grande sensibilité de la section efficace théorique aux différentes confi- gurations des niveaux en cause il serait impossible dans le cas général de décomposer les distributions angulaires expérimentales en fonction des valeurs de L possibles. Mais si nous décrivons les niveaux de '07Bi comme les membres du multiplet

ils devraient tous donner des distributions angulaires de même forme que celle du 2+ dans '06Pb. C'est

ce que montre l'expérience,

à

l'exception du niveau 912-

à

892 keV qui nécessite

à

la fois un transfert L

=

O et L

=

2, montrant ainsi un mélange avec la fonction d'onde du niveau fondamental. Insistons sur le fait qu'une telle décomposition ne nécessite aucune ana- lyse en DWBA. La

pureté

des fonctions d'onde du noyau impair est testée par leur capacité

à

reproduire les distributions angulaires

standard

obtenues sur le noyau pair-pair voisin.

FIG. 7. - Niveaux de faible excitation observés dans les réac- tions 208Pb(p, t)206Pb et 209Bi(p, t)207Bi. Les niveaux reliés en pointillés présentent des distributions angulaires similaires.

Nous avons commencé

à

Strasbourg une étude similaire sur les noyaux Z impair de la région A

=

180

à 208.

8. Conclusion.

-

Nous avons essayé dans cet exposé de dégager l'apport des réactions de transfert de deux nucléons

à

la connaissance spectroscopique des noyaux et de leur structure. Des développements futurs dans ce domaine impliquent du point de vue expérimental des techniques de détection de haute résolution et des particules incidentes supérieures

à

20 MeV. En ce qui concerne la spectrométrie de neutrons, de grands progrès ont été faits récemment comme nous l'avons montré, mais des améliorations sont encore souhai- tables, les réactions

(7,

n) étant relativement peu étudiées. Pour la spectrométrie des particules chargées, le gain en énergie attendu avec la transformation des deux tandems

Empereur

de Orsay et Strasbourg ainsi que l'adjonction

à

ces machines de spectromètres

à

large bande,

split-pole

pour la première et

Q3D

pour la seconde, rendent ces machines très compétitives pour l'étude des transitions interdites ou de niveaux de haut spin et faible section efficace. L'étude de cer- taines réactions nécessitant des énergies incidentes supérieures

à 25 MeV n'est possible dans de bonnes

conditions qu'auprès d'un cyclotron (réactions (p, t) ou (p,

^{T )}

sur les noyaux légers par exemple). Le spec- tromètre en cours de mise au point auprès de la machine de Grenoble pourrait apporter une aide précieuse dans de telles expériences.

Du point de vue théorique, il est absolument néces-

saire de poursuivre la production de fonctions d'onde

de modèle, les réactions de transfert de deux nucléons

fournissant des tests sévères de leur validité.

R. SELTZ

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