HAL Id: jpa-00216367
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Submitted on 1 Jan 1975
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ATOMES MUONIQUES DE SAMARIUM
P. Barreau, P.Y. Bertin, B. Bihoreau, J. Miller, J. Morgenstern, J. Picard, R.
Powers, L. Roussel
To cite this version:
P. Barreau, P.Y. Bertin, B. Bihoreau, J. Miller, J. Morgenstern, et al.. ATOMES MUONIQUES DE SAMARIUM. Journal de Physique Colloques, 1975, 36 (C5), pp.C5-77-C5-78.
�10.1051/jphyscol:1975512�. �jpa-00216367�
JOURNAL DE PHYSIQUE Colloque C5, supplément au no 11, Tome 36, Novembre 1975, page C5- 77
ATOMES MUONIQUES DE SAMARIUM
P. BARREAU, P2 BERTIN (*), B. BIHOREAU, J. MILLER, J. MORGENSTERN, J. PICARD, R. J. POWERS (**) et L. ROUSSEL
Département de Physique Nucléaire, CEN Saclay, B.P. 2, 91 190 Gif-sur-Yvette, France
Résumé. - Nous avons mesuré les transitions muoniques sur des cibles d'isotopes séparés de '44Srn, 14'Sm, 14'Srn, 149Sm, I5'Srn, 15'Sm, 154Sm. Le but de cette expérience était i'étude de l'évolution nucléaire et de la déformation en fonction du nombre de neutrons dans cette série s'éten- dant de '44Sm qui est pratiquement sphérique à 15'Sm et lJ4Srn qui sont très déformés.
Abstract. - We have measured the muonic transitions using separated samples of 144Sm, 147Sm, 14'Sm, 149Sm, 150Sm, l5'Srn, lS4Sm. The purpose of this experiment was to study the evolution of nuclear radius and deformation as a function of neutron number in these series ranging from '44Sm which is nearly sphericai through 15'Srn and lS4Srn which are highly deformed.
L'utilisation des atomes muoniques comme sonde 4300. WOO. ENERGY (KeV)
nucléaire [l-41 n'a pris une importance croissante
que depuis quelques années. Ceci est dû à la création - Sm K MUONE TRANSITIONS
de faisceaux intenses de muons et aussi au dévelop- pement des détecteurs GeLi. Rappelons simplement qu'après ralentissement dans la cible un muon négatif peut être piégé par un noyau sur une orbite de nombre Z 5 zoo.
quantique principal élevé. Il cascade alors vers le = U
noyau jusqu'au niveau 1s avec émission de rayonne- ments électromagnétiques ou d'électrons Auger ou 5 U1
excitation du noyau. Par la suite il disparaît soit par $ IOO.
sa désintégration propre soit par capture nucléaire.
En raison de la masse du muon, les dimensions linéaires des états liés sont 207 fois plus petites que celles de l'atome électronique correspondant et, pour O.
des Z moyens ou élevés, la probabilité de présence du muon à l'intérieur du noyau devient rapidement importante. L'énergie des premiers niveaux est alors
influencée par la répartition de la charge nucléaire. çm K MUONIC TRANSITIONS BlkeV/Chamel
D'autre part, la structure fine peut atteindre 100 à 200 keV et, pour les noyaux lourds très déformés, la structure hyperfine quadrupolaire électrique (E2) ul 'O0'
arrive à 50 à 100 keV, soit l'ordre de grandeur des
2
premiers niveaux nucléaires rotationnels. Cette der- nière particularité a permis la prévision [5] et l'obser- $, 2 vation d'une interaction dynamique E2 par plusieurs g 3
200.
auteurs. On a alors un mélange de l'état fondamental du noyau avec les premiers états excités et avec les différents états muoniques, ce qui se traduit expéri- mentalement par une structure hypefine parfois très spectaculaire de certains niveaux muoniques et cela
O .
même pour des noyaux de Io nul. On comparera, 3L100. 3450. 3500. 3550. CHANNEL
sur la figure 1, le spectre K de 15'Sm ayant une stnio
FIG. 1. - Raies K du spectre X-muonique des isotopes 152 et 144 (*) Université de Clermont-Ferrand, Clermont-Ferrand, France. du samarium. La courbe théorique calculée est dessinée en trait (**) Caltech, Pasadena, California 91125, USA. continu.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1975512
C5- 78 P. BARREAU et al.
ture hyperfme au spectre K normal de 144Sm. Ce phénomène permet en particulier de mesurer le moment statique E 2 du premier état excité ainsi que le moment intrinsèque correspondant au moment de transition dynamique E 2 du fondamental au pre- mier état excité.
Le but de la présente expérience sur les isotopes 144, 147, 148, 149, 150, 152, 154 du samarium est d'étudier i'évolution du rayon nucléaire et de la déformation en fonction du nombre de neutrons dans une région intéressante ou les propriétés nucléaires varient rapi- dement depuis A = 144 et N = 82 magique en neu- trons et tendant à se comporter comme un noyau sphérique jusqu'à A = 152 et 154 avec des niveaux excités mettant en évidence un comportement rota- tionnel de noyaux fortement déformés. Nous avons utilisé le canal de muons de l'accélérateur linéaire d'électrons de 600 MeV de Saclay. Le faisceau de muons atteignait simultanément deux cibles vues par le même détecteur GeLi. Un dispositif simple de scintillateurs en coïncidence et anticoïncidence assurait la sélection des bons événements. Un chro- nomètre permettait de mesurer l'intervalle de temps entre l'arrivée du muon et l'émission du rayonnement.
Le contrôle en cours d'expérience était fait par un calculateur en ligne. Les données étaient stockées sur bande magnétique sous forme de quatre infor- mations par bon événement : le canal d'énergie, le canal de temps, la cible et le numéro de run. Le nombre de muons stoppés était de l'ordre de 10 O00 par seconde dans une cible d'un poids total d'environ 200 g. Un spectre complet de statistique acceptable était obtenu en une dizaine d'heures pour l'ensemble des deux cibles. Celles-ci étaient soit "'Sm et '08Pb, soit 152Sm et un des autres isotopes de Sm. Ceci permettait d'une part la calibration en énergie absolue des transitions de "'Sm par rapport à celles de 'OsPb étudié antérieurement 16, 71 et, d'autre part, la mesure des déplacements isotopiques des différents Sm, par rapport au même 15'Sm également étudié antérieurement [8]. Cette disposition permettait aussi de corriger au dépouillement les dérives de gain éventuelles. En outre, la somme de tous les spectres partiels de 15'Sm a permis d'obtenir pour lui une statistique très intéressante. Nous avons pu observer pour plusieurs isotopes les transitions mettant en jeu l'état muonique faiblement peuplé 2s.
Le calcul de l'énergie des niveaux supposés non perturbés par l'interaction dynamique E2 ainsi que celui des énergies d'interaction $2 et du moment quadrupolaire nucléaire sont faits par un programme qui intègre numériquement l'équation de Dirac pour une distribution de charge nucléaire dont nous rappe- lons la forme la plus générale :
avec c : rayon de demi-densité ; Pz et P4 : paramètres de déformation E2 et E 4 ; t : épaisseur de peau;
y : paramètre de déformation de la peau. Ce pro- gramme calcule et applique également les corrections habituelles des atomes muoniques : polarisation du 'vide, effet Lamb, moment magnétique anomal du muon, effet d'écran des électrons atomiques et mouvement relativiste du centre de masse.
Un deuxième programme utilisant les résultats du précédent ainsi que les énergies des premiers niveaux rotationnels du noyau introduit l'interaction dyna- mique E2 et calcule la structure hyperfine réelle des niveaux muoniques ainsi que les intensités relatives des différentes transitions possibles. Dans ce pro- gramme est également prise en compte l'indispensable correction dite de polarisation nucléaire en appliquant les résultats de Chen [9]. Cette correction est parti- culièrement importante pour la détermination de l'épaisseur de peau (( t n. Les bons paramètres de charge sont bien entendu ceux qui, introduits dans le premier programme, donnent le meilleur accord entre les résultats du deuxième et les spectres expé- rimentaux. L'analyse de l'expérience n'est pas complè- tement terminée et donnera lieu à une publication complète. Nous pouvons donner un premier résultat relatif à 15'Sm : IesJits utilisant les énergies de transi- tion 2sl12 + 2~3/2, 3d5/2 + 2~3/2, 2 ~ 3 / 2 + lsl!29 3p3/, + ls,,, et 3d5./, + ls,,, ainsi que les énergies d'interaction hyperfine 2p donnent un moment de transition dynamique E2 correspondant à un moment intrinsèque Q , = 5,74 f 0,06 b (en prenant le modèle rotationnel) et un moment statique E2 du premier état excité correspondant à Qo = 5,80 f 0,18 b.
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