HAL Id: jpa-00206495
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Submitted on 1 Jan 1967
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Diffusion quasi élastique p - α dans le carbone 12
H. Gauvin, R. Chastel
To cite this version:
H. Gauvin, R. Chastel. Diffusion quasi élastique p - α dans le carbone 12. Journal de Physique, 1967,
28 (2), pp.129-134. �10.1051/jphys:01967002802012900�. �jpa-00206495�
LE JOURNAL DE PHYSIQUE
DIFFUSION QUASI ÉLASTIQUE
p 2014 03B1DANS LE CARBONE
12Par H.
GAUVIN,
Institut de Physique
Nucléaire,
Orsay,et R.
CHASTEL,
Laboratoire de
Physique Nucléaire,
Bordeaux.Résumé. 2014 Nous avons étudié 152 événements
12C(p, p03B1)8Be
induits dans l’émulsion nucléaire par desprotons
de 90 MeV. Un examen de la corrélationangulaire
entre leproton
diffusé et la
particule
03B1 laplus énergique indique
que les événementspeuvent
être décrits parune diffusion
quasi élastique.
L’état d’excitation,l’impulsion
et la distributionangulaire
dunoyau de recul 8Be, détectés par ses deux 03B1 de
désintégration,
sont obtenus etinterprétés
dansle cadre de ce mécanisme.
Abstract. 2014 We have studied 152
12C(p, p03B1)8Be
events inducedby
90 MeVprotons
innuclear emulsion.
Angular
correlation between the scatteredproton
and the mostenergetic
03B1
particle
shows thatquasi-elastic scattering
can describe the events. Excitation energy, momentum andangular
distribution of the recoil nucleus 8Be, detectedby
two 03B1, have beenobtained and
interpreted by
this mecanism.Introduction.
- La réaction12C(p, PLl)8Be
a étéétudiée à moyenne
énergie
parplusieurs
auteurs[1-4]
qui
ont montré lapossibilité
de diffusionquasi élastique
desprotons
incidents par des sous-structures cedans le noyau de carbone 12. A. N.
James
etH. G.
Pugh [2],
en étudiant les corrélationsangulaire
et
énergétique
desparticules
ocet p
émises en coïnci-dence,
ontapporté
une preuve directe de ce méca-nisme. En admettant valable
l’approximation
d’im-pulsion,
ils ont pu accéder à la densité de distribution desimpulsions Pa
desparticules oc préformées
dans 12Cavant le choc et donner une limite inférieure de leur
probabilité
deprésence (~ 0,3).
La méthodepermet
essentiellementd’explorer
larégion
des faiblesmoments
P,,
oùl’approximation d’impulsion
estapplicable.
Nous
présentons
ici uneinterprétation
dans cemodèle d’événements du
type 12C (p, pocl) 8Be
~ o~2+
a3 induits dans l’émulsion nucléaire par desprotons d’énergie 90±5MeV (Po = 420 MeV Jc) .
De telsévénements sont dans notre cas détectés dans une
géométrie
47r. Onpeut
remarquer que si les deuxparticules
OC2 et OC3 résultant de ladésintégration
de8Be sont
identifiées,
lescaractéristiques
suivantes dunoyau de recul 8Be
peuvent
alors être déterminées directement : sonimpulsion P~,
sa direction81{,
l’étatd’excitation dans
lequel
il est laisséaprès
le choc p - oc.En
réalité, parmi
les trois océmis,
un choix de oc1 doit êtrefait,
choix dont onpeut
limiter le caractère arbitraire et quel’analyse peut justifier.
Mais c’estlà,
sansdoute,
une difficulté de la méthode.Identification
des événements. - Les événements12C(p, p3cc)
ont été induits dans unempilement
defeuilles d’émulsion Ilford « G
Special » d’épaisseur
400 y
chacune,
par desprotons
de 100MeV,
lefaisceau entrant
parallèlement
auplan
des émulsions.La recherche s’est limitée à la bande
d’énergie
incidente90 ~
5 MeV. Les événements sontparfaitement
iden-tifiables,
la direction incidente étantdéterminée,
siau moins trois traces secondaires identifiées sont entiè-
rement contenues dans l’émulsion. Les critères d’attri- bution à la réaction étudiée ont été donnés dans une note
précédente [3].
152 événements ont été retenus et leuranalyse
faitl’objet
duprésent
travail.Mécanismes de la réaction
12C ( p, p’ 3a) .
- Diversprocessus d’interaction pour une
énergie
incidente de 90 MeVpeuvent
êtreenvisagés,
conduisant au même état final(p’ 3oc) .
Une diffusion
inélastique
duproton
incidentpeut
exciter un niveau de 12Cqui,
dans les événementsretenus, se
désexcite,
soit partripartition
directe en3a,
soit en a1
+ 8Be,
ce derniernucléide,
excité ou non,se
désintégrant
ultérieurement en 2oc. Pour tester lapremière éventualité,
la distributionangulaire
destrois
particules
oc dans lesystème
lié à 12C a été déter-minée,
avec comme direction de référence la direction de recul de 12C dans le laboratoire. Cette distributionnettement
anisotrope
n’est pascompatible
avecl’hypo-
thèse d’une
fragmentation
directe en trois ~x. Dans lesdeux processus
envisagés,
lespectre
des éventuellesénergies
d’excitation de 12C devrait mettre en évidenceArticle published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:01967002802012900
130
les niveaux connus de 12C se désexcitant par voie (x.
Le
spectre
calculéprésente
un continuumqui
s’étendde 12 MeV
jusque
vers 75 MeV.Expérimentalement
il n’est pas
possible
de résoudre les niveaux serrés dans larégion
20 MeV. Onpeut
noter trois événements seulementcaractéristiques
de l’excitation du niveau de9,6
MeV[(événements
bien confirmés par uncouple
departicules
ocqui
conduit à l’étatfondamental de
8Be,
seulpossible
dans laséquence
12C *
(9,6)
~ a1+ 8Be (o) ( ~ 2cc) .
Ces événements ont été éliminés dansl’analyse qui suit].
Les sectionsefficaces
intégrées
de diffusioninélastique
à 90 MeVavec excitation des niveaux de
9,6
- 15 et 20 MeVsont
respectivement
de l’ordre de5,5
-3,5
et 7 mb(calculées d’après [5~).
Ellespermettent d’estimer,
sil’on tient
compte
de la très faible intensité observée pour l’excitation du niveau de9,6 MeV,
que si l’onne
peut
pas exclure dans le domaine 12 - 20 MeVun processus
inélastique
suivi d’une désexcitation de 12C en oc+ 8Be,
ce mécanismen’apparaît cependant
pas
prédominant.
Un autre processus
également envisageable
est lepick-up
indirectsimple
de 3H ou3He,
consécutif àune
première
interaction(p, 2p)
ou(p, pn).
Ilpourrait expliquer
les hautesénergies
d’excitation calculées pour 12C. L’estimation d’une telle contribution estdélicate. Nous supposerons que la
probabilité
d’un telprocessus reste faible.
Tout en n’excluant donc pas rc
priori
les mécanismesprécédents, qu’il
n’est paspossible d’isoler,
nous avonsexaminé si les événements
pouvaient
être décrits parune diffusion
quasi élastique
p 2013 xlié,
et mené leurinterprétation
dans le cadre de ce mécanisme.Résultats expérimentaux.
- A. DISTRIBUTION ANGU- LAIRE DES PROTONS DIFFUSÉS. - Comme dans la diffusionélastique p -4He,
la section efficace diffé- rentielle - ocprésente
son maximum vers0p’
= 0(6p’ angle
entre leproton
incident et leproton diffusé).
B. CORRÉLATION ANGULAIRE. - Si la réaction
12C (p, p’ ell)8Be
résulte d’une diffusionquasi élastique
sur une sous-structure oc
transitoire,
on doit s’attendre à une corrélationangulaire
entre lesparticules
alet p’, proche
de la corrélation connue pour la diffusion p -4He
libre. Connaissant les directions desprotons
incident etdiffusé,
il estpossible
de déterminer pourchaque
événementl’angle
dansl’espace
F-0 entre la direction attendue pour uneparticule
oc libre diffuséeélastiquement
et la directionexpérimentale
de oc,. Ce traitementimplique
que oc1 soit identifiée. Nous avons considéré comme oc, laplus énergique
des troisparti-
cules (X
émises, quelle
que soit sa direction(al
estdans 90
%
des casdirigée
versl’avant).
Lesparticules
~x, ainsi choisies ont des
énergies qui
se distribuententre 10 et 50 MeV. Par
ailleurs,
nous considéronsqu’il n’y
a pas chocsmultiples
mais que le knock-outest direct et concerne le
proton
incident. Lafigure
1représente
la distribution obtenue desangles
co. Cettedistribution est très nettement
pointée
vers0°, pré-
sentant ainsi avec la
plus grande probabilité
lescaractéristiques angulaires
de la diffusionélastique
(dans
60%
des cas, e40°) .
L’élargissement
de la corrélationangulaire
p - ell,qui
se manifeste par l’existence degrands
s, est inter-prétable,
dans le modèleconsidéré,
par la distributionFiG. 1. - Distribution des
angles
so.des
impulsions Pa
des sous-structures ce dans le noyauavant l’interaction. Cette distribution
peut cependant
être
perturbée
par des effets secondaires(chocs
mul-tiples)
sur lesparticules
émises. Cecipeut expliquer qu’elle
soitplus large
que celle obtenue par A.N. James
et H. G.
Pugh
autour de8x
= 600.Néanmoins,
ilressort que les événements
analysés
semblent bien être décrits par le mécanismeenvisagé.
On remarquera un déficit aux
petits angles s
100dont une
interprétation
dans le cadre du knock-out p - ce lié sera donnéeplus
loin.C.
ÉTUDE
DES RECULS 8Be. - Le choix de «1 étantfixé,
lesparticules
oc, et l/..3, déterminées enénergie
etdirection, permettent
d’obtenir directement les carac-téristiques
du recul 8Be :impulsion P,,
état d’exci-tation
E 1* Fe après
lechoc,
direction du recul0,
parrapport
à la direction duproton
incident.1.
E:r e.
- Lafigure
2présente
lespectre
calculédes
énergies
d’excitation du noyau résiduel. Nousavons
indiqué
les niveauxgénéralement
admis sedésexcitant par voie x. L’état fondamental est
suggéré.
Le niveau
large (r
=1,5 MeV)
de2,9
MeV est bienrésolu,
maisparaît
se superposer à un fond continu attribuable à des états de diffusion ce - el. L’état excité de11,7
MeV(F,-- 7 MeV)
a une durée de vie d’environ lO-22 s,comparable
autemps
d’interaction dont l’ordre degrandeur
est donné par letemps
de transit d’unproton
de 90 MeV dans 12C(~
6 x 10-23S) .
FIG. 2. -
Énergie
d’excitation du noyau résiduel 8Be.Le noyau de recul
peut
alors ne pas être caractérisé dans un état intermédiaire.Si on compare ce
spectre
à celui obtenu à 150 MeV par A. N.James
et H. G.Pugh [2],
on notera que dans notre cas le niveau fondamental est peuapparent,
et que, dans les deux cas,
apparaît
un continuumau-delà de 5-6 MeV.
2.
Plï
* - Lafigure
3 montre la distribution bruteexpérimentale
desimpulsions P,~,
obtenue pour l’en- semble des événements(3 a~
et pour trois domainesFm. 3. - Distribution brute
des
quantités
de mouvement du noyau de recul.d’excitation du noyau résiduel :
jusqu’à
1 MeV(état fondamental) (3 b),
de 1 à 6 MeV(niveau
de2,9 MeV) (a c),
au-delà de 6 MeV(appelé
par la suite arbitrairement « état » de 12MeV) (3 d).
Cesdistributions sont très
larges
et révèlent l’existence degrandes impulsions
du noyau de recul. Pour les états de 3 et 12MeV,
ces distributions sont très semblables.La
figure
3 b montre que pour l’état fondamental larégion
des faiblesimpulsions PB
n’est paspeuplée.
Enliaison avec le déficit observé à E 100
(fin. 1),
cefait
appelle
les remarques suivantes. Si le noyau résiduel 8Be est laisséaprès
lechoc -
~z dans sonétat fondamental et si son
impulsion
de recul estfaible,
lesparticules
el2 et oc, résultantes auront desénergies
voisines deQ (8Be (0)
-¿. el2 +Cl3) /2,
c’est-à-dire de l’ordre de 50 keV. Les tracesqui
en résultent nesont pas observables dans l’émulsion nucléaire. De tels
événements, comportant
deux traces secondaires seulesvisibles,
oc+
p, sontfréquents
mais non attri-buables à une interaction sur 12G. Ils
échappent
doncà notre
analyse.
Ce sont, par contre, pour ces événe- ments que les conditionscinématiques
sont lesplus proches
de la diffusionélastique
p - 4He. Ils condui-raient,
s’ils étaientidentifiés,
à de faibles valeurs de s.Le déficit observé sur la
figure
1s’interprète
doncaisément dans le modèle que l’on
envisage
ici. Cetteinterprétation implique,
deplus,
que l’état fondamental de 8Be nepeut
être observable que pour degrandes impulsions
du recul et onpeut
estimer un seuil dedétection à
Pq -
120-160MeVfc (En -- 1-1,7 MeV).
Cette estimation est en accord avec la
figure
3 b. Cesrestrictions n’interviennent pas
quand
la réaction(p, poe)
laisse 8Be dans les états de 3 ou 12 MeV(la probabilité
de non-observation d’un oc,quand
lesdirections de recul et de
désintégration
du 8Be sontconfondues,
est trèsfaible).
La valeur
précédemment indiquée [3]
de5,4 ~ 0,9
mb pour la section efficace à 90 MeV de la réaction12C (p, pCl) 8Be
doit donc être considéréecomme relative à l’excitation de 8Be dans des états
autres que le fondamental.
Lorsque
l’on examine la corrélation entre c etP,,
on observe une tendance
générale
à s’écarter de lacinématique
du chocélastique (valeurs
croissantes des) lorsque l’impulsion P~ augmente.
Cecis’interprète bien,
dans la mesure oùP, représente,
defaçon
appro- chée dans notre cas,l’impulsion
propre de oc1 dans le noyau avant le choc.3. 0 ..
- La distribution
angulaire
des reculs parrapport
à la direction duproton
incident estrepré-
sentée
figure
4. Elleprésente
uneanisotropie marquée
avec émission
préférentielle
vers l’avant. Cette aniso-tropie
s’observe pour les trois domaines d’excitation du noyaurésiduel,
bien queplus
accentuée pour l’état fondamental. On nepeut
donc pasexpliquer
l’excèsvers l’avant par une sélection
expérimentale imposée
dans l’observation de
8Be(o).
Si au moment du choc p - oc il ne se
produit
132
W G. 4. - Distribution
angulaire expérimentale
du noyau de recul.
aucune autre interaction avec les autres nucléons du noyau, on devrait
observer, après
lechoc,
une distri-bution
isotrope
du recul dans lelaboratoire,
celui-ciabandonné avec
l’impulsion
pRqu’il possédait
avantle choc. Dans ces conditions de validité de
l’approxi-
mation
d’impulsion,
onpourrait
écrire pR = -P~, P~
étant la
quantité
de mouvement de laparticule
ocdans le noyau avant le choc. La distribution
angulaire
des reculs montre que, à 90
MeV, l’approximation d’impulsion
n’est pasrigoureusement applicable.
Ondoit considérer que les
(A-4)
nucléons devant consti-tuer le noyau de recul ne sont pas
simplement
spec-Fio. 5. - Distribution
angulaire corrigée
du noyau de recul.
tateurs vis-à-vis des
particules
entrante et sortantes.Nous avons tenté de rendre
compte
de ce fait en considérantqu’une impulsion complémentahe
qparallèle
àl’impulsion
incidente estcommuniquée,
durant
l’interaction,
à l’ensemble des nucléons consti-tuant le noyau résiduel.
Après
lechoc,
nous observonsalors
PR
= pR+
q et àl’angle 8 B
souslequel
est vule noyau
résiduel, correspond
initialementl’angle
cpR(encart fin. 5).
Avec unequantité
de mouvementmoyenne q = 50
MeV/c,
on réalise une distributionangulaire isotrope
des reculs( fig. 5),
à la fois pour l’ensemble desévénements,
et pour chacun des états d’excitation.La distribution
approchée
desimpulsions
réellesavant le choc de l’ensemble des
(A-4) nucléons,
enprenant
en considération ces effets dedistorsion,
estalors donnée par
Pu (fin. 6).
Cette distribution est enbon accord avec le
spectre intégré
desimpulsions
dessous-structures oc que l’on
peut
déduire des résultats de A. Samman et P. Cuer[1]
obtenus à 180 et 340MeV,
FIG. 6. - Distribution
corrigée
des
quantités
de mouvement du noyau de recul.en
appliquant l’approximation d’impulsion,
davan-tage justifiée
à cesénergies PR N
pR = -P CX.
P.
Beregi
et al.[6]
ont calculé la distributionintégrée
des
quantités
de mouvement des ce dans 12C avant lechoc. Le formalisme de la diffusion
quasi élastique (p, poc)
estappliquée
dans cesprévisions théoriques
et le noyau cible est décrit par le modèle en couche
avec corrélations entre nucléons pour
expliciter
diversesstructurations. Ce traitement rend
compte
des étatsexcités du noyau résiduel 8Be. Leur courbe
théorique,
qui prend
en considération l’état fondamental et les niveaux de 3 et 12MeV, respectivement
dans lesrapports 0,28-0,35-0,36
estindiquée
sur lafigure
6(normalisée
pourPR
> 120MeV/c
à 180MeV/c).
Compte
tenu del’approximation
faite surl’impulsion q
en
grandeur
etdirection,
on observe un très bon accord au-delà de 120MeV/c
entre les distributionsexpérimentale
etthéorique.
Enparticulier,
il est bienrendu
compte
du minimum observé dans la distri- butionexpérimentale
à 180MeV/c.
Le désaccorden dessous de 120
MeV/c
doit être trèsprobablement
attribué au défaut d’observation
expérimentale
desBc dans son état
fondamental,
cequi rejoint
desconclusions
déjà
avancéesplus
haut.4. Distribution
P(PR)’ -La
distribution de densité desquantités
demouvement p(P,,)
des structures oc dans 12C a été obtenue par A. N.James
et H. G.Pugh [2]
qui
se sont attachés àpréciser
le domaine des faiblesquantités
de mouvement. Ce domaine nouséchappe
en
grande partie.
Par contre, larégion
desgrandes impulsions
serait favorisée dans notre cas. Nous consi- dérons ladistribution p R (fin. 6)
au-delà de 120MeV jc
pour
Eg
> 1 MeV. Elle est de la formeNous
explicitons
N’ sous la forme :P (~,~ ) 0 v représente
laprobabilité
de trouver dans levolume ~ v( _ ~~ . ~p~ . ~5~~ )
dansl’espace des ~ ~
unensemble de
(A-4) nucléons,
devantconstituer, après
le
choc,
le noyau résiduel dequantité
demouvement P,,
dans ladirection
y,.da
est la section efficace différentielle de diffusionélastique
p - 4Helibre,
dans le laboratoire.d6
XAQp, représente
donc laprobabilité
que la diffusionintervienne, permettant
l’observation du noyau résiduel demoment p,
avec uneprobabilité
d’émission constante
quelle
que soit cp 1( fig. 5).
d6jdS~t~,
doit êtreprise
pour uneénergie
incidente Eéquivalente
au choc p - ce aurepos. E
varie très lar-gement
avecl’impulsion
de la structure oc dans lenoyau et sa direction.
Cependant
A. M. Cormack et al.[7]
ont montré qued6/dS~~,
nedépendait approximativement
que du moment transféréK,
mais
pratiquement
pas del’énergie
incidente E. Les moments transférés calculés se distribuent entre 1 et 3 frri 1 et les variations dans ce domaine des sec-tions efficaces différentielles avec K sont bien repro- duites par
l’exponentielle dcrjdOpl
= Aexp-all~
avecA = 263
mb/ster., K
en fm-1 et a= 2,44
fm.L’expression (1) permet
alors d’accéder aux valeursindividuelles
de P(PR)
et par sommation surchaque bande p,
+Ap,
à la distributionprésentée
sur lafigure
7.Cette distribution ne
peut
avoirqu’un
caractèreindicatif. D’une
part,
elle résulte de la distributionPR corrigée
d’uneimpulsion
moyenne q fixée par le seul critère d’assurer une distributionangulaire isotrope
des reculs. D’autre
part,
le traitement telqu’il
a étémené ci-dessus
néglige
des termesprobablement
nonFIG. 7. - Distribution de densité des
quantités
de mouvement pR.constants
(terme d’absorption nucléaire,
parexemple, qui
est sans douteimportant
pour laparticule oc).
D’après
les résultats de A.N. James et H.
G.Pugh [2],
la distribution
p (P~ )
est trèslarge près de ~ 1 PI) 1
_IPR 1
= 0. Lafigure
7suggère
un maximum de ladistribution
p(p_,)
àPR""
220MeV lc.
Onpourrait envisager
unecomposante
1 ~ 0 pourlaquelle p( pR) présenterait
un minimumà P3
= 0. Le domaine des faiblesimpulsions
n’est pas accessible ici et son inves-tigation
demande desexpériences beaucoup plus
finespermettant
d’isoler les différents états du noyau résiduel.Conclusions. - Il ressort de cette étude que les événements étudiés
paraissent
biens’interpréter
parun mécanisme de diffusion
quasi élastique (p
- celié) .
Une « contamination » par d’autres processus
paraît cependant probable,
mais faible.Cette
analyse
mériterait d’êtrereprise
sur des évé-nements
provoqués
par desprotons d’énergie plus élevée,
en raison desgrandes impulsions
des struc-tures oc, malheureusement la section efficace de dif- fusion
élastique (p
-oc)
décroît très vite avecl’énergie
incidente. Par contre,
cependant,
le knock-out pur devrait sedégager plus
nettement de mécanismesparasites,
l’influence de la distorsion devrait êtreplus
faible et
pourrait
êtretestée,
ainsi que nous l’avons faitici,
par la distributionangulaire
des noyaux de recul.Nous avons eu de fructueuses discussions avec
M. Riou. Nous tenons à l’en remercier vivement.
Manuscrit reçu le 14
septembre
1966.134
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