LES REACTIONS PHOTONUCLEAIRES

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Submitted on 1 Jan 1970

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LES REACTIONS PHOTONUCLEAIRES

P. Argan, C. Schuhl

To cite this version:

P. Argan, C. Schuhl. LES REACTIONS PHOTONUCLEAIRES. Journal de Physique Colloques,

1970, 31 (C2), pp.C2-35-C2-45. �10.1051/jphyscol:1970204�. �jpa-00213761�

LES REACTIONS PHOTONUCLEAIRES P. ~ r ~ e t C . Schuhl a n ~ C e n t r e d 'Etudes N u c l d a i r e s de Saclay t ~ n s t i t u t N a t i o n a l d e F r a s c a t i , I t a l i e

I. I n t r o d u c t i o n . - . L a physique p h o t o n u c l d a i r e e s t l ' d t u d e des p r o p r i d t d s des noyaux atomiques a u m- yen de l e u r i n t e r a c t i o n avec l e s photons. La d i f - f u s i o n des d l e c t r o n s q u i f a i t i n t e r v e n i r des pho- t o n s v i r t u e l s d t a n t souvent d i s c u t d e , j e me l i m i - t e r a i au c a s des photons r d e l s .

Avant de p d n d t r e r dans l e v i f du s u j e t , j e vou- d r a i s r a p p e l e r quelques p r o p r i d t 6 s i m p o r t a n t e s des photons.

L ' a b s o r p t i o n d'un photon p a r un fermion l i b r e e s t i m p o s s i b l e B cause d e l a c o n s e r v a t i o n du qua- drimoment. En d ' a u t r e s termes, c e l a p r o v i e n t du f a i t que l ' i m p u l s i o n " t r a n s p o r t d e " p a r un photon e s t f a i b l e , compar6e B l ' i m p u l s i o n d'un nucldon dont l ' d n e r g i e cinGtique e s t d g a l e 5 l ' d n e r g i e du photon.

I1 semble i n t d r e s s a n t d ' a v o l r 1 l ' e s p r l t l ' o r d r e de grandeur des moments des nucldons 1 l ' i n t d r i e u r du noyau a f i n de s a v o i r dans q u e l l e s c o n d i t i o n s l e quadrimoment p e u t S t r e conservd. Dans l e c a s du modsle du gaz de Fermi, l e s d n e r g i e s l i m i t e s des nuclLons s o n t de l ' o r d r e de 20 B 25 MeV, c e q u i correspond 1 des impulsions de l ' o r d r e de 200 MeV/c .

Le t a b l e a u 1 rdsume l e s v a l e u r s des moments, nombres d'onde, temps de p a r c o u r s du m s t r e pour l e s nucldons dont l ' d n e r g i e e s t s i t u d e dans n o t r e domaine d t i n t d r 8 t .

Tableait 1

p r o p r i d t d s cin6matiques d e s nucldons supposds non r e l a t i v i s t e s [I].

g i e (300-400 MeV), tant que nous ne'gtigerons Zrin- fluenee des me'sons r , l ' d n e r g i e d'un photon devra O t r e d i s t r i b u d e B a u moins deux nucldons.

C e t t e p r o p r i d t d apparailt 6galement dans un do- maine v o i s i n , c e l u i de l a c a p t u r e des p i o n s q u i f o u r n i t a u x nucldons du noyau une d n e r g i e de 150 MeV pour une impulsion q u a s i - n u l l e . Nous d i v i s e - rons n o t r e expos6 e n t r o i s p a r t i e s

. Les r d s u l t a t s obtenus dans l e domaine de l a rdsonance gdante, p r i n c i p a l e m e n t e n c e q u i concer- ne n o t r e r d g i o n p a r l ' d q u i p e de M. B e r g s r e avec l e s photons monochomatiques de l ' a c c d l d r a t e u r li- n d a i r e de 45 MeV de S a c l a y (SMPNF).

. Les p e r s p e c t i v e s o f f e r t e s p a r l e s d t u d e s 1 p l u s h a u t e d n e r g i e dans l a comprdhension des cor- r 6 1 a t i o n s e n t r e nucldons dans l e noyau, l i d e s

1 'exP$tewa de 1 'acc6l&atiem I t n C a i r e Be 600 MeV de l'0rme des M e r i s i e r s (D.Ph-N/HE).

. La p h o t o d 6 s i n t L g r a t i o n de 2 ~ , 3 ~ e e t He me- 4 sux& ~ 6 c e m e n t B F r a s c a t i .

11. I& r6sonance &ante .- Les photons s o n t une sonde u t i l e pour l ' d t u d e des f o n c t i o n s d'onde nu- c l d a i r e s du f a i t du c a r a c t P r e d ' o p d r a t e u r i n t e r - a c t i o n 1

corps d'une p a r t , e t de l a grande lon- gueur d'onde des photons r d e l s dans l e domaine de l a rdsonance gdante d ' a u t r e p a r t .

Ce igpe d r i n t e r a c t i m e s t compte'te' de fagon i n - tgressante par Za diffusion des dZectrons ozi Ze caract&re d un corps e s t m s e r v l du f a i t de Za pet-Ctesse cik 'la constante de couptage.

S i e g e r t a montri! q u e , dans l a l i m i t e d e s grandes longueurs d'onde, c ' e s t - & d i r e pour k r << 1, 1 ' 6 - ldment de m a t r i c e de t r a n s i t i o n d l e c t r i q u e

< f l

; L n

) : k ; d 3

li>

oii l e p o t e n t i e l v e c t e u r d l e c t r i q u e a l a h r m e De c e s donndes, i l r e s s o r t que s i un photon d'd- Z(E ^{; LM ; k?) =} r o t [jL(kr) f L 1 ( e , $ ) 1

n e r g i e r e l a t i v e r n e n t b a s s e (50 MeV) p e u t Z t r e ab-

s e r d d u i t 1

s o r b 6 p a r un s e u l nucldon du noyau, 1 h a u t e dner-

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1970204

C2-36 P. ARGAN e t C. SCHUHL

-t 1

L+1

X(E ; LM ; k r ) = - - grad [ j L ( k r ) f ( e ~ ] ce q u i r e v i e n t

d i r e que, dans c e cas, Z'QZ'dment de matrice des tmnsitions 6Zectriques ne &pend ezZusivement qw de Za densit6 de charge [2].

L1&16ment de m a t r i c e e s t p r o p o r t i o n n e l L ( k r

L .

Dans c e c a s , l e s t r a n s i t i o n s d i p o l a i r e s B l e c t r i - ques s e r o n t prdponddrantes Z moins qu'une r 2 g l e de s e l e c t i o n p a r t i c u l i z r e ne l e s i n t e r d i s e ( p a r exem- p l e

l ' i s o s p i n q u i i n t e r d i r a une t r a n s i t i o n TOO

-t

T=O).

Examinons dans q u e l l e s c o n d i t i o n s k r

I . S i R e a t l e rayon du noyau R

ro A"'~, nous aurons kR

1

pour E = 60 MeV avec A = 27, Y

E = 40 MeV avec A = 125, Y

E = 33 MeV avec A

216.

Y

Ceci montre que, dans y e domaine de l a rQsonance g l a n t e , l'approximation d i p o l a i r e Q l e c t r i q u e e s t c o r r e c t e .

Les t r a n s i t i o n s magnetiques ne peuvent s t r e s i m - p l i f i e e s . Ces t r a n s i t i o n s s o n t i n t d r e s s a n t e s c a r e l l e s c o n t i e n n e n t l e s c o u r a n t s .

Msonance g6ante e t G t a t s quasi-li8s.- L'Btude de l a rgsonance gdante dans l e noyau d10xyg2ne-16 a f o u r n i un premier t e s t experimental aux conclu- s i o n s de V. G i l l e t concernant l ' i m p o r t a n c e des E t a t s q u a s i - l i e s .

Les premieres e x p e r i e n c e s 160(y,n) e f f e c t u s e s Z Saclay [3] avec une f a i b l e r S s o l u t i o n gamma (450 Z 500 keV) m e t t a i t e n dvidence deux l a r g e s p i c s v e r s 22 MeV e t 245 MeV , p i c s dont l a p o s i t i o n e s t b i e n expliquLe p a r l a modsle 1 une p a r t i c u l e - u n t r o u b i g . I].

Les experiences d ' a b s o r p t i o n e f f e c t u s e s

Moscou au moyen d'un s p e c t r o m s t r e b p a i r e s avec une meil- l e u r e r e s o l u t i o n en d n e r g i e (65 keV) [41 f o n t ap- p a r a e t r e une s t r u c t u r e p l u s f i n e avec l e s c r e u x marquds s u r l a f i g u r e 2A p a r l e s f l s c h e s A, B e t C.

Come l e montre V. G i l l e t m, l e mecanisme responsable de ces s t r u c t u r e s e s t l ' e x i s t e n c e de c o n f i g u r a t i o n s q u a s i - l i Q e s . Ce s o n t des configura- t i o n s dont l ' d n e r g i e Eo e s t s u p Q r i e u r e a u s e u i l d'emission de fragments, mais dans l e s q u e l l e s au- cune des p a r t i c u l e s e x c i t e e s n ' a suffisamment d ' b n e r g i e pour s'dchapper, l e s t r o u s cr66s Q t a n t t r o p profonds, ou l e nombre de p a r t i c u l e s e x c i t e e s

F i g . 1

F i g . 2A

E ( k V )

Fig. 2B t r o p grand.

Ces 6 t a t s q u a s i - l i d s o n t un temps de v i e f i n i , p a r l e u r couplage aux c o n f i g u r a t i o n s non l i 6 e s e t i l e n r d s u l t e des v a r i a t i o n s p l u s ou moins r a p i d e s d e s s e c t i o n s e f f i c a c e s avec 116nergie.

Dans l e langage du modDle des couches, i l s jouent e n quelque s o r t e l e r61e de noyau composd de Bethe.

Come il e x i s t e en g e n e r a l , pour un s p i n e t une pa-

r i t e donnbs, peu d r & t a t s lies I une p a r t i c u l e un

LES REACTIONS PHOTONUCLEAIRES t r o u , l a p l u s grande p a r t i e des s t r u c t u r e s p r o v i e n t

d ' d t a t s q u a s i - l i d s 1 p l u s i e u r s q u a s i p a r t i c u l e s . Les consdquences de c e t t e hypothbse thdorique s o n t l e s s u i v a n t e s

Za densite' des re'sonances e s t lice 1 l a d e n s i t d des d t a t s q u a s i - l i d s q u i peuvent g t r e formds dans l e domaine consid6rC ;

Za Zargeur de Za s t r u c t u r e d e s p i e s e s t r e l i d e au recouvrement des f o n c t i o n s d'onde des d t a t s q u a s i - l i d s e t des d t a t s non l i d s .

Dans l a f i g u r e 2A q w nous venons de v o i r , l e s l a r g e u r s des c r e u x s o n t de l ' o r d r e de 200 1 300 keV. Les d t a t s q u a s i - l i d s 1 1 p a r t i c u l e - 1 t r o u ne rendent pas compte de c e t t e s t r u c t u r e . La s i t u a - t i o n e s t e c l a i r f i e p a r l ' e x p d r i e n c e " ~ ( d , y ~ ) ~ ~ 0 de S u f f e r t [6] [ ~ i ~ u r e ZB]. La n a t u r e d i p o l a i r e du y e s t b i e n d t a b l i e e t l a r e a c t i o n n ' e s t p o s s i b l e qu'en r a i s o n de l a p o l a r i s a t i o n du deutdron (im- p u r e t d d'onde D) e t des impuretds d ' i s o s p i n . Ia s e c t i o n efficace e s t proportionneZZe d Za c o q o - s a n t e 2p-2t de Za f o n c t i o n d'onde nucZdaire. L'ex- pdrience montre un p i c exactement 11 03 a p p a r a r t un creux d 1 i n t e r f 6 r e n c e dans l a courbe d'absorp- t i o n des gammas en B .

Un B t a t q u a s i - l i e 2p-2t, I-,

a p g a r a r t res- ponsable p a r i n t e r f e r e n c e avec l e c o n t i n u de l a s t r u c t u r e f i n e p r e s e n t d e 1 22,7 MeV p a r l e proces- sus d ' e x c i t a t i o n 1 un c o r p s .

Des s t r u c t u r e s complexes a p p a r a i s s e n t dans des noyaux a u s s i compliquds que ceux du n i c k e l [7]

[ ~ i ~ u r e 4. I1 s e r a i t u t i l e de complgter c e s dtu- des a v e c des mesures de d i f f u s i o n des d l e c t r o n s avec une r 6 s o l u t i o n de l ' o r d r e de 200 keV.

Fig. 3

Fig. 4

des o s c i l l a t i o n s dans l a courbe de s e c t i o n e f f i c a - ce n ' e s t pas encore dtudide. Mais ces donndes mon- t r e n t l l i n t d r e ^ t de l a p o u r s u i t e des dtudes dans c e t t e r e g i o n [8].

S s o n a n c e gdante e t parambtre "a" de d e n s i t d des niveaux n u c l g a i r e s .- L'amdlioration des techniques expdrimentales de d d t e c t i o n des n e u t r o n s , en par- t i c u l i e r l'augmentation de l ' e f f i c a c i t d des ddtec-

de

l a m l t i p l f

cf -

t d des neutrons dmis.

Dans l e c a s des noyaux moyenriement l o u r d s dtu- d i e s B Saclay p a r BergSre e t a l .

q u i s o n t I , Ce, Sm, E r e t Lu, l ' l m i s s i o n prdponde'rante e s t c e l l e des neutrons e t dans l e domaine oii s e u l s (y,n) e t ( y ,2n) s o n t prdponddrants, l a m u l t i p l i - c i t e s ' d c r i t

S i nous essayons d ' a n a l y s e r l e s r L s u l t a t s obte- nus en terme de modsle s t a t i s t i q u e dans l e forma- lisme de B l a t t e t Weisskopf, [lo] l a m u l t i p l i c i t d s ' d c r i t

02 x e s t l a f r a c t i o n de l a s e c t i o n e f f i c a c e t o t a - l e q u i correspond 1 l a p r o b a b i l i t d d'dmission d'un n e u t r o n p a r e f f e t d i r e c t

.

^{= E y - Q(y,2n)}

E n f i n une s t r u c t u r e f i n e v i e n t d 1 8 t r e observde . Q(y,Zn) e t Q(y,n) s o n t l e s s e u i l s des r6ac- p a r l e groupe de Saclay (BergPre e t a l . ) dans l a t i o n s (y,2n) e t ( y , n )

resonance gdante du plomb-208 F i g u r e 4 . La n a t u r e .

e s t l a temperature n u c l d a i r e du noyau Z(A-I)

P. ARGAN e t C. SCHUHL 1 1 1 6 n e r g i e d ' e x c i t a t i o n E - Q(y,n).

Y

Le paramhtre a e s t d 6 f i n i p a r l a r e l a t i o n

Les a u t e u r s 191 o b t i e n n e n t p o u r a des v a l e u r s s e n s i b l e m e n t d g a l e s 2 c e l l e s t r o u v d e s p a r r 6 a c t i o n s ( n , n ' ) s u r l e s noyaux dbformi5s

a 12 B 15 M ~ v - '

dans l e cas de l ' e r b i u m .

Ce q u ' i l e s t i n t 6 r e s s a n t de n o t e r , c ' e s t l a gran- de v a l e u r de x, l a f r a c t i o n d ' e f f e t d i r e c t ; e l l e a v o i s i n e 0,20 pour l e c6rium, l'exbium e t l e l u t 6 - cium.

Rssonance g 6 a n t e e t moment q u a d r u p o l a i r e des no- yaux d6fonnds.- Parmi l e s premihres t e n t a t i v e s de d e s c r i p t i o n de l a r6sonance g6ante f i g u r a i t l e mo- d h l e hydrodynamique. Danos p 11, c a l c u l a n t l e s 6- n e r g i e s de r6sonance pour un e l l i p s o ? d e de rdvolu- t i o n d'axes a e t b (06 a e s t l ' a x e de r d v o l u t i o n ) montre que

La courbe de s e c t i o n e f f i c a c e s e d6composera en deux r a i e s de Lorentz d ' g n e r g i e aux maximums E2

E d o n t l e s s u r f a c e s s e r o n t dans l e s r a p p o r t s 1

r 2 u 2 f F l a l

pour un noyau a p l a t i ,

I'2u2/I'1a1

2 pour un noyau a l l o n g d [ ~ i ~ u r e 51.

Fig. 5

Nous avons t o u j o u r s ubrb/waTa

2 . Et pour des noyaux o r i e n t & a u h a s a r d

Nous p r d s e n t e r o n s deux c a s t y p i q u e s [9]

D'une p a r t , s u r l a f i g u r e 6 , c e l u i d'un noyau s p h e r i q u e 1:;~a82 1 8 2 neutrons s u r l e q u e l l a sec- t i o n e f f i c a c e o(y,n) + u(y,Zn) s ' a c c o r d e p a r f a i t e - ment a v e c une s e u l e r a i o d e L o r e n t z .

F i g . 6

D ' a u t r e p a r t , 8 u r l a f i g u r e 7, c e l u i d'un noyau oblong, c ' e s t - 8 - d l r e " p r o l a t e " l e holmium-165 pour l e q u e l l a s e c t i o n e f f i c a c e s e d6compose en deux r a i e s de L o r e n t z de paramhtres rdsumds dans l e t a b l e a u 11.

Tableau I1

Ddcomposition de l a s e c t i o n e f f i c a c e d ' a b s o r p t i o n t o t a l e des photons p a r l'holmium e n deux r a i e s de Lorentz.

Notons que u 2 r 2 / a I r 1

2,03.

La v a l e u r du moment q u a d r u p o l a i r e Qo obtenue 1 p a r t i r des r 6 s u l t a t s de M. Danos s ' exprime e n f o n c t i o n de d = a / b p a r

En p r e n a n t r

LES REACTIONS PHOTONUCLEAIRES C2-39 Un modsle s t a t i q u e du d e u t d r o n f o u r n i t c o m e

.,<C~*O,,C,,'C>~'

m r ~ ~ r ~ r m

d n e r g i e de coupure E = 226 MeV.

P

J.S. L e v i n g e r 6 3 1 a v a i t proposd, pour e x p l i q u e r

165

c e p r o c e s s u s ,

modPle a p p e l d du "quasi-deut6ron1'

6,

Ho

(---".m". .,Mw,",,-m,""o,,,)

-.mu

,

'.

S i nous supposons que l a p r o b a b i l i t d de t r o u v e r

W--*OD~.~. s.6,

*,,,,,

deux nucldons p r o c h e s l ' u n de l ' a u t r e , c r e s t - a -

-- ' 0 " I . I T".O"rnU. ,"nu. .w r r "raw.."<.

e ~ - r v r o r r , * . ,,,om,r 4 o ~ . ~ ~ , ~ ,

d i r e p l u s p r o c h e s que l a d i s t a n c e moyenne e n t r e

n u c l d o n s , e s t beaucoup p l u s grande que c e l l e de

I i' t r o u v e r p l u s de deux n u c l d o n s , nous pouvons u l t r a

Nous d e v r i o n s c o n s i d d r e r l ' i n t e r a c t i o n s o u s l a forme

I

F i g . 7

Ndanmoins, ~ u i s q u e nous admettons que l ' i n t e r - a c t i o n n ' e x i s t e r a q u e l o r s q u e l e s deux nuclgons 111. Les &actions photonucl6aires

plus haute

s o n t trss p r o c h e s l ' u n de l ' a u t r e , compte t e n u 6nergie.- A b a s s e d n e r g i e , c ' e s t - 1 - d i r e dans l e

d e s a u t r e s a p p r o x i m a t i o n s , l ' a p p r o x i m a t i o n dipo- domaine de l a rdsonance g d a n t e , l e s p r o t o n s s o r -

l a i r e s e r a u t i l i s d e . t e n t d i f f i c i l e m e n t des c i b l e s . P a r c o n t r e , il e s t

p o s s i b l e de r a l e n t i r l e s n e u t r o n s . Au c o n t r a i r e , 1 p l u s h a u t e d n e r g i e , v e r s 300 MeV, l e s n e u t r o n s d n e r g d t i q u e s p r o d u i t s s o n t d i f f i e i l e s 1 mesurer.

Le modzle du q u a s i - d e u t i r o n . - Les premiPres ex- p e r i e n c e s e f f e c t u d e s avec d e s photons 4e 3QQ MeV.

r b a l i s 6 e s l Berkeley e t C o r n e l l , o n t montrd que des p r o t o n s de h a u t e d n e r g i e , j u s q u ' l 150 MeV, d t a i e n t p r o d u i t s .

A t i t r e d8exemple, l a f i g u r e 8 r e p r d s e n t e e n coordonnee l o g a r i thmique l e s p e c t r e d n e r g d t i q u e d e s p h o t o p r o t o n s de 12c ^{3 30'} dans l e s y s t s m e du l a b o r a t o i r e pour une d n e r g i e d e photons de Bremsstrahlung maximale de 325 MeV mesurde a u M.I.T. [12].

Nous s u p p o s e r o n s que l a f o n c t i o n d'onde de l ' d t a t f i n a l p e u t s e m e t t r e s o u s l a forme d'un p r o d w i t de deux f o n c t i o n s d'onde inddpendantes

Nous supposerons que l e n u c l d o n "1" e s t un pro- t o n e t l e nucldon "2" un n e u t r o n p u i s q u e l a con- t r i b u t i o n d i p o l a i r e dans l e c a s p-p e s t n u l l e .

C e t t e hypothPse r e v i e n t B n d g l i g e r l e s c o r r e c - t i o n s dues 3 1 1 a n t i s y m 6 t r i s a t i o n de l a f o n c t i o n d'onde de l ' d t a t f i n a l complet, c ' e s t - 2 - d i r e en- t r e l e s p a r t i c u l e s de g r a n d e s i m p u l s i o n s e t c e l l e s de f a i b l e s i m p u l s i o n s . P a r c o n t r e q ( 1 , 2 ) e t $(A-2) s o n t t o u t e s l e s deux a n t i s y m d t r i s d e s .

S i nous supposons

Zre'Zdment de matrice de Za t m n s i t i o n &Spend faibzement de ZrdneGie d'excitation du noyau re'siduez, e t ti nous utiZi- sons ZrapproxCmation drimpuZsion, c ' e s t - 2 - d i r e que nous d c r i v o n s l a f o n c t i o n d'onde de l ' d t a t i n i t i a l s o u s l a forme

03 xLm(l ,2) e s t l a f o n c t i o n d'onde des nucldons 1 e t 2 p l a c e s dans l e p o t e n t i e l moyen d e s A n u c l e o n s , l a s e c t i o n e f f i c a c e de r 6 a c t i o n

,np) s ' d c r i r a

F i g . 8

C2-40 P . ^{ARGAN e t C} . ^SCHUHL

que nous pouvons comparer 1 l a s e c t i o n e f f i c a c e de p h o t o d Q s i n t 6 g r a t i o n du deute'ron

oh

(1,2) e s t l a f o n c t i o n d'onde du d e u t d r o n . D

P a r consdquent, une comparaison e x p d r i m e n t a l e e n t r e l e s s e c t i o n s e f f i c a c e s de p r o d u c t i o n de deux p a r t i c u l e s n e t p dans un noyau e t l a p h o t o d d s i n - t B g r a t i o n du d e u t 6 r i u m f o u r n i t une r e l a t i o n e n t r e

&I

f o n c t i o n d'onde de 1 ' 6 t a t fondamental du noyau e t c e l l e du deutBron.

Avec un modlle p a r t i c u l i e r , Levinger P3J ob- t i e n t

Nous devons s o u l i g n e r que, dans ce t r a i t e m e n t , nous n d g l i g e o n s complstement l e s p o s s i b i l i t d s d ' a b s o r p t i o n des deux photonuclBons p a r l e noyau r e s t a n t , c ' e s t - & d i r e l a p a r t i e de l ' h a m i l t o n i e n q u i r e p r d s e n t e l ' i n t e r a c t i o n des photonucldons e t du r e s t e du noyau.

Les r d s u l t a t s expdrimentaux s o n t t r P s peu nom- b r e u x . 11s o n t t o u s d t d obtenus a v e c d e s s p e c t r e s de f r e i n a g e e t il e s t t r P s d i f f i c i l e d ' o b t e n i r des i n f o r m a t i o n s v a l a b l e s d e s donn6es a i n s i r d u n i e s . Les d e r n i e r s r d s u l t a t s o n t d t d o b t e n u s p a r S u t h e r g l e n e t a l . 1 Glasgow.

Le modsle du quasideutLron e s t le premier e s s a i p o u r t e n i r compte d e s c o r r d l a t i o n s 1 c o u r t e d i s - t a n c e dans l e noyau. Un e f f o r t t h d o r i q u e a Ltd ddveloppd c e s d e r n i s r e s anndes .

Les c o r r s l a t i o n s 1 c o u r t e portde.- La manisre de t e n i r compte d e s c o r r d l a t i o n s B c o u r t e p o r t g e e s t e n gLndral l a s u i v a n t e . S o i t $ i ( r ) l a f o n c t i o n d'onde d'une p a r t i c u l e dans l e p u i t s de p o t e n t i e l moyen du noyau.

Nous a d m e t t r o n s q u e s i une a u t r e p a r t i c u l e s e t r o u v e e n rk, l a c o r r d l a t i o n r e v i e n t 1 d i s t o r d r e

$ i ( r . ) e t nous remplacerons

( r i ) p a r l ' e x p r e s - s i o n

-+ -+

f . (r.

s e r a d g a l 1 1 s i rik e s t grand l k l k

-+ -+

fik(rik) s e r a & g a l 1

s i rik

0.

J e v o u d r a i s m o n t r e r , s u i v a n t M.G. Huber [15J c o m e n t I ' i n t r o d u c t i o n de termes de ce t y p e f a i t

F i g . 9a

F o n c t i o n d'onde "non c o r r d l d e " du nucldon i. ( r . p o s i t i o n du nuclSon i dans l e ~ u i t s d e ~ o t e n t i e f du noyau d e A n u c l d o n s ) .

Pig.

9b

F o n c t i o n d'onde " c o r r d l d e " du nucldon i ( r k = p o s i t i o n du nuclgon k ) .

a p p a r a l t r e des o p d r a t e u r s 1 p l u s i e u r s c o r p s . S u i v a n t l a mdthode de J a s t r o w n 6 ] nous d c r i v o n s l a f o n c t i o n d'onde d ' u n noyau pour t e n i r compte des c o r r d l a t i o n s B p l u s i e u r s c o r p s s o u s l a forme

-+ -+ -+

0%

$ ( r l , r 2 ... ^r A

^{est un} d g t e r m i n a n t de S l a t e r composd d e s f o n c t i o n s d'onde 1 une p a r t i c u l e , c r e s t - 1 - d i r e l a f o n c t i o n d'onde du modSle e n cou- c h e s .

L'dldment de m a t r i c e d'un o p g r a t e u r 1 un c o r p s , t e l que l t o p d r a t e u r Blectromagndtique de fonne

e n t r e deux f o n c t i o n s d'onde d ' d t a t s c o r r d l d s

e t

%

$f e s t donnd p a r l ' e x p r e s s i o n

LES REACTIONS PHOTONUCLEAIRES C2-4 1 q u i p e u t s e m e t t r e sous l a forme

a g i t sup Za fonction d'onde du mode'Ze en couches.

~ ~ ~ ~ ( 1 , 2 , .. .A) e s t un o p d r a t e u r 1 A corps. Nous pouvons l e ddvelopper s o u s forme d'une s d r i e d'o- p d r a t e u r s h k corps h ( I

k

A)

k

C e t t e s d r i e converge rapidement s i l e s c o l l i - s i o n s 1 p l u s de deux p a r t i c u l e s h f a i b l e d i s t a n c e s o n t peu p r o b a b l e s .

I1 e s t p l u s c o m o d e d ' d c r i r e

c a r g ( r kR

e s t nu1 l o r s q u ' i l n ' y a pas d ' e f f e t de c o r r d l a t i o n h c o u r t e p o r t d e . En s ' a r r z t a n t a u dd- veloppement h deux c o r p s , nous voyons que H

e f f s ' d c r i t

h2= - - g(rjk)Hint(j)+ 11 ^{?Hint(j') g ( r j}

j#k j ' f k

W. Weise e t a l . El53 f o n t l e s h y p o t h s s e s suivan- t e s

1 . -

f , c ' e s t - 2 - d i r e que l e s f o n c t i o n s de c o r r d l a t i o n s o n t l e s Smes dans l ' d t a t - f i n a l e t dans l ' d t a t i n i t i a l ;

2. 11s n d g l i g e n t l ' i s o s p i n ;

3. 11s a d m e t t e n t que H ( j ) commute avec g ( r

Y jk

H y ( j ) g ( r j k ) = g ( r j k ) H y ( j ) ;

4. 1 1 s c h o i s i s s e n t pour f o n c t i o n de c o r r d l a t i o n

Dans l e c a s d e 1 6 ~ ( y , n p ) , Gorbunov e t a l . [ l g

mesurd utnt

( 5 1

5 ) mb*MeV pour 30 MeV 6 E

170 MeV. Le c a l c u l de W. Weise e t a l . dans

Y

l ' i n t e r v a l l e 40 MeV

E < 160 MeV donne 65 mb.MeV Y

e n u t i l i s a n t l a courbe c o r r e s p o n d a n t h %q = 300 MeV/ c.

Les r d a c t i o n s (y,p) e t (y,n).- Lorsque dans l ' d t a t f i n a l , l ' u n des nucldons c o r r d l d s demeure dans un d t a t l i d , s e u l l ' a u t r e nucldon e s t dmis.

Les f i g u r e s

e t 13 p r L s e n t e n t l e s c a l c u i s de W. Weise e t a l . cornpards aux v a l e u r s expdrimen- t a l e s de Gorbunov ou Lebedev pour l e s r e a c t i o n s (Y,P) e t (y,n) s u r 160.

Soulignons que, dans c e c a s , nous n e d e v r i o n s pas o b t e n i r l e noyau r d s i d u e l dans s o n d t a t fonda- mental dans l a p l u p a r t d e s c a s .

Ce type de f o n c t i o n de c o r r d l a t i o n s i m u l e I ' d -

L ' e f f e t de l ' e x i s t e n c e des pions.- Les c a l c u l s change d'un moment d d f i n i 5 q e n t r e deux nucl6ons

dont nous venons d e p a r l e r n e t i e n n e n t pas compte inddpendants p a r a i l le u r s .

des e f f e t s mdsiques. O r , d5s que nous a t t e i g n o n s Les f i g u r e s 10 e t

montrent l a s e c t i o n e f f i c a c e des L n e r g i e s i n f 6 r i e u r e s - maPs v o i s i n e s de -150 t o t a l e c a l c u l d e pour 1 ' 6 m i s s i o n d'une p a i r e c o r r d - MeV, il n ' e s t p l u s p o s s i b l e de les n d g l i g e r . E t l e 1de dans l a couche

e t dans l a couche p de 160. mdcanisme d e l a r d a c t i o n f a i t i n t e r v e n i r des d i a -

phragmes du type s u i v a n t r e p r e s e n t 6 s u r l a f i g . 1 4 .

Fig. 1 1

$ GORBUNOV

4 ^DENISOVX

%,shell model

4 0 5 0 6 0 70 8 0 (MeV) Pig. 12

-

\

\.lip =lo0 MeV /c

Fig. 13

Pig. 14

IV. La photodSsint6gration de 6, 3 ~ e et He 4 .-

Lorsque l'dnergie des photons incidents atteint

le seuil de photoproduction des pions, de nouvelles

voies de rdactions sont ouvertes du fait de la

contribution de la production des m6sons sur les

nuclGons du noyau. Dans la mesure 06, pour cette

bnergie, la section efficace de photod6sintGgra-

tion "ordinaire" (absorption dlectromagn6tique par

au moins une paire de nucldons du noyau) diminue

considGrablement, presque toute l'absorption des

photons se produira par 11interm6diaire de la pro-

duction des pions. De cette remarque,il ressort

11intlre2 d'dtudier en ddtail le &canisme d'ab-

sorption des photons pour lequel le processus de

LES REACTIONS PHOTONUCLEAIRES C2-43 p h o t o p r o d u c t i o n d e s p i o n s e s t prdponddrant. En c o n s d q u e n c e , p o u ~ d e t e r m i n e r l e s l i m i t e s de

Ce p r o c e s s u s peut s e d i v i s e r e n deux c a t d g o r i e s seZon que l e s mdsons p r o d u i t s dans l e p r o c e s s u s i n i t i a l s o r t e n t r e e l l e m e n t du noyau o u b i e n q u r i l s s o n t r e a b s o r b d s p a r l e s nucldons du noyau e t que 1 ' Q t a t f i n a l de l a r e a c t i o n e s t i d e n t i q u e 1 c e l u i d'une p h o t o d d s i n t d g r a t i o n " o r d i n a i r e " .

L ' h y p o t h l s e gendralement admise e s t q u ' a u moins dans l e p r e m i e r s t a d e de l a r e a c t i o n , l ' a b s o r p t i o n du photon s ' e f f e c t u e p a r un s e u l n u c l e o n suppose

" l i b r e " . Le s e u l e f f e t d e s l i a i s o n s n u c l e a i r e s e s t d d c r i t p a r l ' d t a t du mouvement du nucldon dans l e p u i t s de p o t e n t i e l du noyau ( a p p r o x i m a t i o n d'im- p u l s i o n ) . Avec une t e l l e h y p o t h s s e , l a s e c t i o n e f - f i c a c e t o t a l e d ' a b s o r p t i o n d e s photons d ' d n e r g i e E p a r un noyau c o n s t i t u 6 p a r

p r o t o n s e t N n e u t r o n s p e u t s e m e t t r e s o u s l a forme

atot.elec. (E)=z (E)*N ztot.

( E )

(1) 4

u

t o t . e l e c . ^(E

oii o t o t . e l e c . e s t l a s e c t i o n e f f i c a c e t o t a l e de p h o t o d d s i n t d g r a t i o n due a u p r o c e s s u s d ' o r i g i n e Llectromagndtique "pur" e t (E) e t B : ~ ~ . (E) s o n t r e s p e c t i v e m e n t l e 3 s e c t i o n s e f f i c a c e s d ' a b s o r p - t i o n d e s photons p a r un p r o t o n l i b r e e t un n e u t r o n l i b r e (donc l e s s e c t i o n s e f f i c a c e s de photoproduc- t i o n d e p i o n s s u r l e s n u c l d o n s ) moyenndes de f a s o n 1 t e n i r compte du mouvement d e s nucldons dans l e noyau.

Si ' t o t . e l e c . p e u t s t r e supposee n d g l i g e a b l e pal r a p p o r t aux a u t r e s termes de u (E) e t s i nous

t o t .

supposons que E : ~ ~ . (E) 2 (E) c e q u i e s t r a i - sonnable e n d e s s o u s de 1000 M ~ v ' , l a s e c t i o n e f f i- c a c e d ' a b s o r p t i o n t o t a l e d e s photons e s t propor- t i o n n e l l e a u nombre d e nucldons du noyau. C e t t e p r o p o r t i o n n a l i t d a b t d v d r i f i e e expdrimentalement j u s q u ' l 1000 MeV s u r l e s noyaux contenus dans l e s dmulsions i o n o g r a p h i q u e s , s u r l e s noyaux f i s s i l e s e t p l u s g r o s s i s r e m e n t s u r c e r t a i n s noyaux a l g e r s ( 3 ~ e , 4 ~ e ) . Actuellernent c e r d s u l t a t e s t l a meil- l e u r e preuve e x p e r i m e n t a l e de l a v a l i d i t d de l ' a p - p r o x i m a t i o n d e l ' i m p u l s i o n . Dans c e s c o n d i t i o n s , il e s t r a i s o n n a b l e de s ' a t t e n d r e l d e s v i o l a t i o n s de l 1 a p p r o x i m a t i o n de l ' i m p u l s i o n i n f g r i e u r e 1 10-

15

de otot(E) 1 moins que c e t t e v i o l a t i o n ne s o i t l o c a l i s d e dans une bande d t r o i t e d ' d n e r g i e d e s phocons.

v a l i d i t d de l ' a p p r o x i m a t i o n d e l ' i m p u l s i o n o u p o u r d t u d i e r l e s m o t i f s de c e t t e l i m i t a t i o n , deux d i r e c - t i o n s s o n t p o s s i b l e s

. L'dtude d d t a i l l d e de l a p h o t o p r o d u c t i o n d e s p i o n s s u r l e s noyaux.

. L ' d t u d e de l a p h o t o d d s i n t d g r a t i o n dans d e s do- maines oii l ' a p p r o x i m a t i o n de l ' i m p u l s i o n e s t c e r - tainement v i o l g e m&e s i c e t t e v i o l a t i o n peut s'ex- p l i q u e r e n g r a n d e p a r t i e p a r l e s p r o c e s s u s q u i suc-

cbdent c e l u i d ' a b s o r p t i o n du photon.

11 L r & t u d e

Za p h o t o p r o d u c t i o n d e s p i o n s

Ze d e u t d r i w n o f f r e un i n t d r z t p a r t i c u l i e r c a r

. ^d'une p a r t , l e d e u t d r i u m e s t u t i l i s d dans l ' d - t u d e d e s p a r t i c u l e s d l 6 m e n t a i r e s comme c i b l e d e n e u t r o n s c o n s i d d r 6 s comme l i b r e s e t il e s t impor- t a n t d ' d t a b l i r l e s l i m i t e s de v a l i d i t d de c e t t e hy- p o t h b s e ;

. d f a u t r e p a r t , du f a i t de s a s t r u c t u r e , i l e s t r a i s o n n a b l e d e s ' a t t e n d r e 1 c e que l a photoproduc- t i o n d e s p i o n s s u r l ' u n d e s deux nucldons ne s o i t pas s e n s i b l e m e n t p e r t u r b e e p a r l a p r d s e n c e de l ' a u -

t r e e t , p a r c o n s d q u e n t , s ' i l e x i s t e d e s groupes d'dvdnements pour l e s q u e l s l a v i o l a t i o n de l ' a p p r o - x i m a t i o n d ' i m p u l s i o n e s t d l e v d e il s e r a p l u s f a c i l e d e l e s m e t t r e e n d v i d e n c e .

L ' b t u d e de c e t t e r d a c t i o n e s t a c t u e l l e m e n t e n c o u r s 1 F r a s c a t i e n o b s e r v a n t l e s dvdnements pro- d u i t s p a r un f a i s c e a u de f r e i n a g e d ' d n e r g i e maxima- l e & g a l e 1 1000 MeV dans une chambre l b u l l e s 1 d e u t e r i u m l i q u i d e LIB].

Un examen p r d l i m i n a i r e des p r e m i e r s c l i c h d s con- f i r m e un r e s u l t a t d d j l connu c o n c e r n a n t l e s p e c t r e d e s i m p u l s i o n s du nucldon s p e c t a t e u r

l e nomb-re d'dvdnements pour l e s q u e l s l ' i m p u l s i o n du n u c l d o n s p e c t a t e u r e s t s u p d r i e u r 1 250 MeV/c a t t e i n t 15

du t o t a l d e s dvdnements d t u d i d s a l o r s que 16s f o r - mes adrnises Dour l a f o n c t i o n d'onde du d e u t e r o n ne p e r m e t t e n t p a s d ' a d m e t t r e p l u s de 4 1 5

( C e t t e comparaison a d t d e f f e c t u d e pour l a bande d ' d n e r g i e de photons comprise e n t r e 500 e t 1000 MeV e t p o u r l a p h o t o p r o d u c t i o n s i m p l e d e s

.

Un a u t r e r d s u l t a t , q u i d e v r a &re confirm6 l o r s - que l a s t a t i s t i q u e s e r a m e i l l e u r e , e s t l ' e x i s t e n c e d'une c o r r 6 l a t i o n e n t r e l a d i s t r i b u t i o n a n g u l a i r e pour l a p h o t o p r o d u c t i o n s i m p l e (dans l e systsme du c e n t r e de masse du systsnae photon i n c i d e n t - n u c l g o n p r o d u c t e u r de p i o n ) e t l e s bandes d ' i m p u l s i o n ou

l e s d i r e c t i o n s d ' d m i s s i o n du nucldon s p e c t a t e u r .

C 2- 44 P. ARGAN e t C. SCHUHL C e l a est e n c o n t r a d i c t i o n a v e c l e s p r e v i s i o n s de

l l a p p r o x i m a t i o n d e l ' i m p u l s i o n e t a d d j l Q t B obser- v e dans l e domaine d e s p e t i t e s i m p u l s i o n s du nu- c l e o n s p e c t a t e u r , domaine dans l e q u e l une bonne v e r i f i c a t i o n d e l ' a p p r o x i m a t i o n de l ' i m p u l s i o n 6- t a i t a t t e n d u e .

2 )

Le domaine de Za r6sonance (3,3). I1 e s t c e r - t a i n que l ' a p p r o x i m a t i o n d e l ' i m p u l s i o n ne p e u t s ' a p p l i q u e r dans c e domaine d ' e n e r g i e d e s photons.

L ' a l l u r e r d s o n n a n t e de l a s e c t i o n e f f i c a c e de pho- t o d e s i n t b g r a t i o n du d e u t e r o n 1 260 MeV e s t b i e n connue [14 . La forme de l a s e c t i o n e f f i c a c e p e u t

& r e e x p l i q u e e s i nous supposons avec Wilson

que l e ph6nomSne e s t du^ 1 une p h o t o p r o d u c t i o n e f - f e c t i v e de p i o n s u i v i e p a r une r e a b s o r p t i o n d u p i o n p a r l ' a u t r e n u c l e o n de l a p a i r e . L ' a l l u r e re-

s o r ~ n a n t e de l a s e c t i o n e f f i c a c e d e p h o t o p r o d u c t i o n

3 3

de p i o n s u r les nucldons 1 300 MeV ( J = T, T

s e r e t r o u v e a l o r s dans l a r g a c t i o n y + D

n + p.

Remarquons que l e dgplacement du maximum de 300 MeV 1 260 MeV e s t p l u s d i f f i c i l e 1 comprendre.

Dernihrement, P i c o z z a e t a 1 [21] au s y n c h r o t r o n du L a b o r a t o i r e N a t i o n a l d e F r a s c a t i o n t d t u d i e l a s e c t i o n e f f i c a c e 1 90' dans l e s y s t h e du c e n t r e d e masse d e s r d a c t i o n s

pour une 6 n e r g i e de g m a comprise e n t r e 180 MeV e t 500 MeV, a u moyen d'un d o u b l e t e l e s c o p e 1 cham- b r e 1 b t i n c e l l e s .

La f i g u r e 15 montre l e u r s r e s u l t a t s compares 1 ceux o b t e n u s s u r l e d e u t e r o n . Le manque de r e s o - nance dans l e c a s de

e s t d i f f i c i l e 1 e x p l i q u e r . La resonance d e j 1 o b s e r v e e dans l e c a s du d e u t e r o n s e r e t r o u v e dans l e c a s de 4 ~ e 1 l a mebe p o s i t i o n

F i g . 15

e n e n e r g i e ; p a r c o n t r e , nous c o n s t a t o n s que l a l a r g e u r de la r e s o n a n c e q u i e s t d e 120 MeV dans l e c a s du d e u t e r o n d6croCt 1 60 MeV dans l e c a s de 4 ~ e . Ces r e s u l t a t s m o n t r e n t que l e modlle s i m p l e a c c e p t 6 j u s q u ' 1 c e j o u r pour l a p h o t o d e s i n t e g r a -

t i o n du d e u t e r o n 1 l a resonance n ' e s t p l u s v a l a b l e pour l e s a u t r e s noyaux e t qu'une e x p l i c a t i o n p l u s s a t i s f a i s a n t e , ou p l u s c o m p l s t e , d o i t S t r e r e c h e r - chLe .

A f i n d ' e c l a i r c i r l a c o n n a i s s a n c e a c t u e l l e s u r c e s p r o c e s s u s de p h o t o d e s i n t e g r a t i o n dans l e do- maine de l a r e s o n a n c e ( 3 , 3 ) , l ' e t u d e d e l a r e a c -

t i o n

+ 160

1 5 ~ + 1 H e s t e n t r e p r i s e 1 S a c l a y e n u t i l i s a n t l e f a i s c e a u de photons monochromatique p r o d u i t p a r a n n i h i l a t i o n e n v o l de p o s i t o n s 1 1 1 a c c 6 1 $ r a t e u r l i n b a i r e .

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